JP6573653B2 - Method for producing perovskite-type barium titanate powder - Google Patents
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Description
本発明は、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法に関するものであり、特に、圧電体、オプトエレクトロニクス材、誘電体、半導体、センサー等の機能性セラミックの原料として有用なペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a perovskite-type barium titanate powder, and in particular, a perovskite-type barium titanate powder useful as a raw material for functional ceramics such as piezoelectrics, optoelectronic materials, dielectrics, semiconductors, and sensors. It relates to a manufacturing method.
ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、従来、圧電体、積層セラミックコンデンサ等の機能性セラミックの原料として用いられてきた。ところが、近年、積層セラミックコンデンサは、高容量化のために積層数の増加や高誘電率化が求められており、このため、原料であるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末には、微細で、高い正方晶性を持つことが要望されている。 Perovskite-type barium titanate powder has been conventionally used as a raw material for functional ceramics such as piezoelectric bodies and multilayer ceramic capacitors. However, in recent years, multilayer ceramic capacitors have been required to have an increased number of layers and a higher dielectric constant in order to increase the capacity. For this reason, the perovskite-type barium titanate powder, which is the raw material, is fine and has a high squareness. It is desired to have crystallinity.
ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を製造する1つの方法として、Ba原子とTi原子を含む複合有機酸塩を仮焼する方法がある。例えば、塩化バリウムと塩化チタンを含む溶液と、シュウ酸水溶液とを接触させ反応を行ってシュウ酸バリウムチタニルを得た後、該シュウ酸バリウムチタニルを仮焼し脱シュウ酸処理するシュウ酸塩法が代表的である。このシュウ酸塩法で得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、組成が均一であることが特徴であるものの、その他の特性の改良検討として、より微細で正方晶性の高いものを得るための試みが行われている。 One method for producing a perovskite barium titanate powder is to calcine a complex organic acid salt containing Ba atoms and Ti atoms. For example, an oxalate method in which a solution containing barium chloride and titanium chloride is contacted with an aqueous oxalic acid solution to obtain barium titanyl oxalate, and then the barium titanyl oxalate is calcined and deoxalated. Is representative. Although the perovskite-type barium titanate powder obtained by this oxalate method is characterized by a uniform composition, as an improvement study of other properties, an attempt to obtain a finer and higher tetragonal crystallinity Has been done.
例えば、下記特許文献1には、水溶性バリウム塩と水溶性チタニウム塩及びシュウ酸の水溶液を同時に混合し、得られたゲルを短時間に強力攪拌解砕することにより得られた微細なシュウ酸バリウムチタニル(BaTiO(C2O4)・4H2O)の結晶を700〜900℃で仮焼する方法が提案されている。
For example, the following
また、下記特許文献2及び3には、シュウ酸バリウムチタニルを湿式粉砕処理して、微細なシュウ酸バリウムチタニルを得た後、得られたシュウ酸バリウムチタニルを仮焼する方法が提案されている。
また、下記特許文献4には塩化バリウム水溶液と塩化チタン水溶液との混合水溶液をシュウ酸水溶液に添加してバリウムチタン酸オキサラートを沈澱させた後、エージングし、洗浄、濾過、乾燥させてバリウムチタン酸オキサラートを製造する段階;製造したバリウムチタン酸オキサラートを1次仮焼後、1次粉砕して微粒のチタン酸バリウム粉末を製造する段階;および前記微粒のチタン酸バリウム粉末を2次仮焼後、2次粉砕する段階、を含む方法が提案されている。
Further, in
ところが、上記の方法では、ある程度微細であり、且つ、ある程度正方晶性が高いペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末が得られるものの、更に、工業的に有利な方法で、微細且つ正方晶性が高いペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を製造する方法が要望されている。 However, in the above method, a perovskite-type barium titanate powder that is fine to some extent and highly tetragonal to some extent can be obtained. However, a perovskite-type fine and highly tetragonal in an industrially advantageous manner. There is a need for a method of producing barium titanate powder.
そこで、特許文献5には、Ba原子とTi原子を含む複合有機酸塩を焼成炉中で仮焼してペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を製造する方法において、前記仮焼を、温度を調整した水に空気を通して加湿した加湿空気を焼成炉中に導入しながら行うことを特徴とするペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法が開示されている。特許文献5では、平均粒径が小さく且つ正方晶性の高いペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末が得られている。
Therefore, in
特許文献5の方法では、平均粒径が小さく且つ正方晶性が高い特性を有するペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末が得られる。しかし、積層セラミックコンデンサのさらなる高容量化や高誘電率化を検討する上で、原料となるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の特性を検討する余地があった。具体的には、平均粒径が小さいだけでなく、粒度分布幅の狭い、粒径の揃ったペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得る必要があった。
According to the method of
従って、本発明の目的は、複合有機酸塩を用い、工業的に有利な方法で、微細且つ正方晶性が高いだけでなく、粒径の揃ったペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a perovskite-type barium titanate powder having not only fine and high tetragonal properties but also a uniform particle size, using a complex organic acid salt, in an industrially advantageous manner. There is to do.
上記課題は、以下の本発明により解決される。
すなわち、本発明(1)は、焼成炉内に、露点が45℃以上100℃未満の加湿空気を導入しながら、該焼成炉内で、Ba原子とTi原子を含む複合有機酸塩を焼成して、焼成物を得る焼成工程と、
該焼成物を粉砕して、X線回折分析におけるc軸とa軸の比(c/a)が1.004以上である正方晶のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得る粉砕工程と、
を有すること、
を特徴とするペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供するものである。
The above problems are solved by the present invention described below.
That is, the present invention (1) bakes a complex organic acid salt containing Ba atoms and Ti atoms in a baking furnace while introducing humidified air having a dew point of 45 ° C. or higher and lower than 100 ° C. into the baking furnace. A firing step for obtaining a fired product,
Crushing the fired product to obtain a tetragonal perovskite-type barium titanate powder having a c-axis to a-axis ratio (c / a) of 1.004 or more in X-ray diffraction analysis ;
Having
A method for producing a perovskite-type barium titanate powder is provided.
また、本発明(2)は、前記加湿空気の露点が、50〜90℃であることを特徴とする(1)のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供するものである。 The present invention (2) provides the method for producing a perovskite-type barium titanate powder according to (1), wherein the dew point of the humidified air is 50 to 90 ° C.
また、本発明(3)は、温度を調整した水に空気を通して、該空気を加湿することにより、前記加湿空気を調製することを特徴とする(1)又は(2)のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供するものである。 Further, the present invention (3) is characterized in that the humidified air is prepared by passing air through water whose temperature is adjusted, and humidifying the air, (1) or (2 ) perovskite-type barium titanate A method for producing a powder is provided.
また、本発明(4)は、前記複合有機酸塩を、500〜1200℃で焼成することを特徴とする(1)〜(3)いずれかのペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供するものである。 Moreover, this invention (4) provides the manufacturing method of the perovskite-type barium titanate powder in any one of (1)-(3) characterized by baking the said complex organic acid salt at 500-1200 degreeC. Is.
また、本発明(5)は、前記複合有機酸塩がカルボン酸塩であることを特徴とする(1)〜(4)いずれかのペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供するものである。 The present invention (5) provides the method for producing a perovskite-type barium titanate powder according to any one of (1) to (4), wherein the complex organic acid salt is a carboxylate. .
また、本発明(6)は、前記複合有機酸塩がシュウ酸塩又はクエン酸塩であることを特徴とする(1)〜(5)いずれかのペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供するものである。 The present invention (6) provides the method for producing a perovskite-type barium titanate powder according to any one of (1) to (5), wherein the complex organic acid salt is an oxalate salt or a citrate salt. To do.
本発明によれば、複合有機酸塩を用い、工業的に有利な方法で、微細且つ正方晶性が高いだけでなく、粒径の揃ったペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for producing a perovskite-type barium titanate powder having not only fine and high tetragonal properties but also a uniform particle size is provided by using an organic acid salt in an industrially advantageous manner. Can do.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法は、焼成炉内に、露点が45℃以上100℃未満の加湿空気を導入しながら、該焼成炉内で、Ba原子とTi原子を含む複合有機酸塩を焼成して、焼成物を得る焼成工程と、
該焼成物を粉砕して、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得る粉砕工程と、
を有すること、
を特徴とするペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法である。
The method for producing a perovskite-type barium titanate powder of the present invention is a composite organic material containing Ba atoms and Ti atoms in a firing furnace while introducing humidified air having a dew point of 45 ° C. or more and less than 100 ° C. into the firing furnace. A firing step of firing the acid salt to obtain a fired product;
Crushing the fired product to obtain a perovskite-type barium titanate powder;
Having
Is a method for producing a perovskite-type barium titanate powder.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法は、焼成炉内で、Ba原子とTi原子を含む複合有機酸塩を焼成して、焼成物を得る焼成工程と、焼成工程を行い得られる焼成物を粉砕して、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得る粉砕工程と、を有する。 The manufacturing method of the perovskite-type barium titanate powder of the present invention includes a baking step of baking a composite organic acid salt containing Ba atoms and Ti atoms in a baking furnace to obtain a baking product, and a baking obtained by performing the baking step And crushing the product to obtain a perovskite-type barium titanate powder.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法に係る焼成工程おいて、焼成原料であるBa原子とTi原子を含む複合有機酸塩(以下、単に「複合有機酸塩」とも記載する。)としては、BaとTiの複塩が形成されているものであれば、特に制限されず、例えば、ギ酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、コハク酸塩、リンゴ酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩、乳酸塩等のカルボン酸塩、あるいは、これらカルボン酸を2種以上含む複合塩、例えば、シュウ酸と乳酸の両方を含むカルボン酸の複合塩(例えば、特願2007−40018号参照)等が挙げられる。複合有機酸塩としては、例えば、シュウ酸バリウムチタニル、クエン酸バリウムチタニル、コハク酸バリウムチタニル等が挙げられる。これらのうち、複合有機酸塩としては、シュウ酸塩、クエン酸塩が、Ba/Tiの原子比が1近傍の複合有機酸塩を容易に製造でき、且つ、製造コストが低くなる点で好ましい。 In the firing step according to the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention, a composite organic acid salt containing Ba atoms and Ti atoms, which are raw materials for firing (hereinafter, also simply referred to as “composite organic acid salt”). Is not particularly limited as long as a double salt of Ba and Ti is formed, for example, formate, oxalate, acetate, propionate, succinate, malate, tartrate, Carboxylates such as citrates and lactates, or complex salts containing two or more of these carboxylic acids, for example, complex salts of carboxylic acids containing both oxalic acid and lactic acid (see, for example, Japanese Patent Application No. 2007-40018) ) And the like. Examples of the complex organic acid salt include barium titanyl oxalate, barium titanyl citrate, barium titanyl succinate, and the like. Of these, oxalate and citrate are preferable as the complex organic acid salt in that a complex organic acid salt having a Ba / Ti atomic ratio of about 1 can be easily produced and the production cost is reduced. .
複合有機酸塩中のBa原子とTi原子の含有割合は、Ba原子とTi原子のモル比(Ba/Ti)で、0.99〜1.01、好ましくは0.995〜1.005である。Ba原子とTi原子のモル比(Ba/Ti)が、上記範囲にあることにより、微細で正方晶性の高いペロブスカイト型チタン酸バリウムが得られる。 The content ratio of Ba atoms and Ti atoms in the composite organic acid salt is 0.99 to 1.01, preferably 0.995 to 1.005, as a molar ratio of Ba atoms to Ti atoms (Ba / Ti). . When the molar ratio of Ba atom to Ti atom (Ba / Ti) is in the above range, fine and highly tetragonal perovskite barium titanate can be obtained.
なお、複合有機酸塩は、製造されるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末のAサイト元素のBa原子の一部代替として、Ca原子又は/及びSr原子を含有していてもよく、また、Bサイト元素のTi原子の一部代替として、Zr原子を含有していてもよい。この場合、Ba原子の一部代替とするCa原子又は/及びSr原子の代替量は、特に制限されないが、Ba原子に対して50モル%未満が好ましい。また、Ti原子の一部代替とするZr原子の代替量は、特に制限されないが、Ti原子に対して50モル%未満が好ましい。BaとCa及び/又はSr(Aサイト元素)に対するTiとZr(Bサイト元素)の混合割合はモル比(Aサイト元素/Bサイト元素)で0.99〜1.01、好ましくは0.995〜1.005とすることが好ましい。 The composite organic acid salt may contain Ca atoms and / or Sr atoms as a partial substitute for the Ba atoms of the A site element of the perovskite-type barium titanate powder to be produced. As a partial substitute for the Ti atom, Zr atom may be contained. In this case, the amount of substitution of Ca atoms and / or Sr atoms as a partial substitution of Ba atoms is not particularly limited, but is preferably less than 50 mol% with respect to Ba atoms. Further, the amount of substitution of Zr atoms as a partial substitution of Ti atoms is not particularly limited, but is preferably less than 50 mol% with respect to Ti atoms. The mixing ratio of Ti and Zr (B site element) to Ba, Ca and / or Sr (A site element) is 0.99 to 1.01, preferably 0.995, in terms of molar ratio (A site element / B site element). It is preferable to set it to -1.005.
複合有機酸塩の平均粒径は、特に制限されないが、レーザー回折散乱法により求められる平均粒径が、好ましくは200μm以下、特に好ましくは100μm以下であることが、微細で正方晶性の高いペロブスカイト型チタン酸バリウムが得られる点で好ましい。 The average particle size of the complex organic acid salt is not particularly limited, but the average particle size determined by the laser diffraction scattering method is preferably 200 μm or less, particularly preferably 100 μm or less, and it is fine and highly tetragonal perovskite. This is preferable in that type barium titanate is obtained.
複合有機酸塩は、公知の方法で製造される。シュウ酸塩は、例えば、塩化チタン及び塩化バリウムを含む水溶液と、シュウ酸水溶液を接触させてシュウ酸塩を析出させ、必要により熟成反応を行い、次いで、常法により固液分離して回収し、必要により洗浄、乾燥、粉砕等を行うことにより、製造される。シュウ酸塩としては、例えば、特開2006−321722号公報、特開2006−321723号公報、特開2006−348026号公報、特開2004−123431号公報等に記載されている方法により製造される複合有機酸塩が挙げられる。 The complex organic acid salt is produced by a known method. The oxalate is recovered by, for example, bringing an aqueous solution containing titanium chloride and barium chloride into contact with an aqueous oxalic acid solution to precipitate the oxalate, performing an aging reaction if necessary, and then performing solid-liquid separation by a conventional method. If necessary, it is manufactured by washing, drying, pulverizing and the like. As an oxalate, it manufactures by the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-321722, Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-321723, Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-348026, Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-123431 etc., for example. Examples include complex organic acid salts.
また、クエン酸塩は、例えば、チタンのクエン酸溶液に塩化バリウムの溶液を添加し、クエン塩を析出させ、必要により熟成反応を行い、次いで常法により固液分離して回収し、必要により洗浄、乾燥、粉砕等を行うことにより製造される。クエン酸塩としては、例えば、米国特許第3,231,328号公報等に記載されている方法により製造される複合有機酸塩が挙げられる。 The citrate is collected, for example, by adding a solution of barium chloride to a citric acid solution of titanium, precipitating the citrate, performing an aging reaction if necessary, and then solid-liquid separation by a conventional method. Manufactured by washing, drying, grinding, etc. Examples of the citrate include complex organic acid salts produced by the method described in US Pat. No. 3,231,328.
また、シュウ酸と乳酸の両方を含むカルボン酸の複合塩は、例えば、チタン成分、バリウム成分及び乳酸成分を含む溶液と、シュウ酸成分を含む溶液とをアルコールを含む溶媒中で接触して反応することにより製造される(国際公開WO2008/102785号パンフレット参照)。 In addition, a complex salt of carboxylic acid containing both oxalic acid and lactic acid reacts, for example, by contacting a solution containing a titanium component, a barium component and a lactic acid component with a solution containing an oxalic acid component in a solvent containing alcohol. (See International Publication WO2008 / 102785 pamphlet).
複合有機酸塩の粉砕を行う場合は、特に制限はなく、湿式法又は乾式法で行うことができる。例えば、湿式法で行う場合は、複合有機酸塩を含むスラリーを、湿式粉砕装置に装入して粉砕処理する方法が挙げられる。湿式粉砕装置としては、例えば、ボールミル、ビーズミル等が挙げられる。スラリーの調製に用いられる溶媒としては、複合有機酸塩に対して不活性であるものが用いられ、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトン、塩化メチレン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド及びジエチルエーテル等が挙げられる。これらのうち、スラリーの調製に用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトン、塩化メチレン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド及びジエチルエーテルが好ましい。スラリーの調製に用いられる溶媒は、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。なお、湿式処理後、噴霧乾燥機によりスラリーごと乾燥を行ってもよい。また、乾式法で行う場合は、複合有機酸塩をジェットミル、ピンミル、ロールミル、ハンマーミル、パルベライザー等の乾式粉砕装置を用いて粉砕処理する方法が挙げられる。 When grinding | pulverizing complex organic acid salt, there is no restriction | limiting in particular, It can carry out with a wet method or a dry process. For example, when performing by a wet method, the method of carrying out the grinding | pulverization process by charging the slurry containing complex organic acid salt in a wet grinding apparatus is mentioned. Examples of the wet pulverizer include a ball mill and a bead mill. As the solvent used for the preparation of the slurry, those inert to the complex organic acid salt are used. For example, water, methanol, ethanol, propanol, butanol, toluene, xylene, acetone, methylene chloride, ethyl acetate, Examples include dimethylformamide and diethyl ether. Among these, as the solvent used for preparing the slurry, methanol, ethanol, propanol, butanol, toluene, xylene, acetone, methylene chloride, ethyl acetate, dimethylformamide and diethyl ether are preferable. The solvent used for preparing the slurry may be a single type or a combination of two or more types. In addition, you may dry the whole slurry with a spray dryer after a wet process. Moreover, when performing by a dry method, the method of grind | pulverizing complex organic acid salt using dry grinders, such as a jet mill, a pin mill, a roll mill, a hammer mill, a pulverizer, is mentioned.
複合有機酸塩は、高純度なペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得るために、高純度なものが好ましい。 In order to obtain a high-purity perovskite-type barium titanate powder, a high-purity organic acid salt is preferable.
そして、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法に係る焼成工程では、焼成炉内に、露点が45℃以上100℃未満の加湿空気を導入しながら、焼成炉内で複合有機酸塩を焼成する。 And in the baking process which concerns on the manufacturing method of the perovskite type barium titanate powder of the present invention, while introducing humidified air having a dew point of 45 ° C. or more and less than 100 ° C. into the baking furnace, Bake.
焼成工程において、焼成炉内に導入する加湿空気の露点は、45℃以上100℃未満、好ましくは50〜90℃である。加湿空気の露点が上記範囲にあることにより、正方晶性が高く微細であり且つ粒径の揃ったペロブスカイト型チタン酸バリウムが得られる。 In the firing step, the dew point of the humidified air introduced into the firing furnace is 45 ° C. or higher and lower than 100 ° C., preferably 50 to 90 ° C. When the dew point of the humidified air is in the above range, perovskite-type barium titanate having high tetragonality and fine particle size is obtained.
加湿空気の調製方法は、加湿空気の露点が上記範囲となる方法であれば、特に制限されないが、例えば、温度を調整した水に空気を通すことにより、加湿空気を調製することができ、また、空気に水蒸気を混合することにより、加湿空気を調製することができる。 The method for preparing the humidified air is not particularly limited as long as the dew point of the humidified air falls within the above range.For example, the humidified air can be prepared by passing air through water adjusted in temperature. The humidified air can be prepared by mixing water vapor with the air.
表1に、露点(℃)と乾燥空気1m2に含まれる飽和水蒸気量(湿度100%)(g)の関係を示す。 Table 1 shows the relationship between the dew point (° C.) and the amount of saturated water vapor (humidity 100%) (g) contained in 1 m 2 of dry air.
焼成炉内への加湿空気の導入量は、焼成炉の容量により異なり、焼成炉により適宜選択されるが、焼成炉の単位容量当たりの、焼成炉内への加湿空気の導入量は、好ましくは0.3L/(分・L(焼成炉の容量))以上、特に好ましくは0.5〜3L/(分・L(焼成炉の容量))である。なお、焼成炉の単位容量当たりの、焼成炉内への加湿空気の導入量とは、焼成炉内への単位時間当たりの加湿空気導入量(L/分)を、焼成炉の容量(L)で除して算出される。例えば、容量が10Lの焼成炉を使用する場合には、焼成炉の単位容量当たりの、焼成炉内への加湿空気の導入量は、好ましくは0.3L/(分・L(焼成炉の容量))以上、特に好ましくは0.5〜3L/(分・L(焼成炉の容量))であるから、焼成炉内への単位時間当たりの加湿空気の導入量は、好ましくは3L/分以上、特に好ましくは5〜30L/分となる。焼成炉の単位容量当たりの、焼成炉内への加湿空気の導入量が、上記範囲にあることが、ペロブスカイト型チタン酸バリウムへの生成反応において焼成炉内で発生した炭酸ガスを効率よく吸収させ、且つ、加湿空気により炉内温度が低下することを防ぐことができる点で好ましい。 The amount of humidified air introduced into the firing furnace varies depending on the capacity of the firing furnace and is appropriately selected depending on the firing furnace, but the amount of humidified air introduced into the firing furnace per unit capacity of the firing furnace is preferably 0.3 L / (min · L (capacity of firing furnace)) or more, particularly preferably 0.5 to 3 L / (minute · L (capacity of firing furnace)). The amount of humidified air introduced into the firing furnace per unit capacity of the firing furnace is the amount of humidified air introduced per unit time (L / min) into the firing furnace, the capacity of the firing furnace (L). Calculated by dividing by. For example, when a firing furnace having a capacity of 10 L is used, the amount of humidified air introduced into the firing furnace per unit capacity of the firing furnace is preferably 0.3 L / (min · L (capacity of the firing furnace). )) Or more, and particularly preferably 0.5 to 3 L / (minute · L (capacity of firing furnace)), the amount of humidified air introduced into the firing furnace per unit time is preferably 3 L / minute or more. Particularly preferably, it is 5 to 30 L / min. The amount of humidified air introduced into the firing furnace per unit capacity of the firing furnace is in the above range, so that the carbon dioxide generated in the firing furnace can be efficiently absorbed in the production reaction to the perovskite-type barium titanate. And it is preferable at the point which can prevent that the temperature in a furnace falls with humidified air.
焼成工程における複合有機酸塩の焼成温度は、500〜1200℃、好ましくは600〜1000℃である。焼成工程における複合有機酸塩の焼成温度が、上記範囲未満だと、ペロブスカイト型チタン酸バリウムへの生成反応が進まず、未反応のままになり易く、また、上記範囲を超えると、生成したペロブスカイト型チタン酸バリウムが粒成長を起こす傾向がある。 The firing temperature of the complex organic acid salt in the firing step is 500 to 1200 ° C, preferably 600 to 1000 ° C. If the firing temperature of the complex organic acid salt in the firing step is less than the above range, the formation reaction to the perovskite-type barium titanate does not proceed and tends to remain unreacted, and if it exceeds the above range, the perovskite produced Type barium titanate tends to cause grain growth.
焼成工程における複合有機酸塩の焼成時間は、好ましくは4時間以上、特に好ましくは6〜30時間である。焼成工程における複合有機酸塩の焼成雰囲気は、加湿空気を含む大気下、加湿空気を含む酸素ガス雰囲気下等の加湿空気を含む酸化性ガス雰囲気である。焼成工程における複合有機酸塩の焼成圧力は、大気圧下である。 The firing time of the complex organic acid salt in the firing step is preferably 4 hours or more, particularly preferably 6 to 30 hours. The firing atmosphere of the complex organic acid salt in the firing step is an oxidizing gas atmosphere containing humidified air such as an atmosphere containing humidified air or an oxygen gas atmosphere containing humidified air. The firing pressure of the complex organic acid salt in the firing step is under atmospheric pressure.
焼成工程において、複合有機酸塩を焼成するための焼成炉は、バッチ式又は連続式の電気炉、ガス炉が挙げられ、例えば、ローラーハースキルン、ロータリーキルン、プッシャー炉等が挙げられる。 In the baking step, examples of the baking furnace for baking the complex organic acid salt include a batch type or continuous type electric furnace and a gas furnace, and examples thereof include a roller hearth kiln, a rotary kiln, and a pusher furnace.
焼成工程では、粉体特性を均質とするため、一度焼成したものを粉砕し、再焼成を行ってもよい。 In the firing step, in order to make the powder characteristics uniform, the fired product may be pulverized and refired.
このようにして、焼成工程を行うことにより、複合有機炭酸塩の焼成物を得る。焼成工程を行い得られる焼成物では、ペロブスカイト型チタン酸バリウムの一次粒子が凝集して、二次粒子を形成している。つまり、焼成工程を行い得られる焼成物は、ペロブスカイト型チタン酸バリウムの一次粒子が凝集した二次粒子である。 In this way, a fired composite organic carbonate is obtained by performing the firing step. In the fired product obtained by performing the firing step, primary particles of perovskite-type barium titanate are aggregated to form secondary particles. That is, the fired product obtained by performing the firing step is secondary particles in which primary particles of perovskite-type barium titanate are aggregated.
ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法に係る粉砕工程では、焼成を行い得られた焼成物を粉砕し、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得る。 In the pulverization step according to the method for producing the perovskite-type barium titanate powder, the fired product obtained by firing is pulverized to obtain a perovskite-type barium titanate powder.
粉砕工程において、焼成を行い得られた焼成物を粉砕する方法としては、特に制限されず、湿式粉砕であっても、乾式粉砕であってもよい。湿式粉砕装置としては、例えば、ボールミル、ビーズミル等が挙げられ、乾式粉砕装置としては、例えば、ジェットミル、ピンミル、ロールミル等が挙げられる。 In the pulverization step, the method of pulverizing the fired product obtained by firing is not particularly limited, and may be wet pulverization or dry pulverization. Examples of the wet pulverizer include a ball mill and a bead mill. Examples of the dry pulverizer include a jet mill, a pin mill, and a roll mill.
粉砕工程を行った後、必要に応じて、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の酸溶液による洗浄、水洗、乾燥、分級等を行うことができる。乾燥方法は、常法が用いられるが、湿式粉砕処理を行った場合には、例えば、噴霧乾燥機を用いる方法を適用することできる。 After performing the pulverization step, washing with an acid solution of perovskite-type barium titanate powder, washing with water, drying, classification, and the like can be performed as necessary. As a drying method, a conventional method is used, but when wet pulverization is performed, for example, a method using a spray dryer can be applied.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の平均粒径(D50)は、0.330μm以下、特に0.010〜0.328μmであることが好ましい。加えて、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末のD90は、0.930μm以下、特に0.650〜0.900μmであることが好ましい。よって、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、微細でありつつ、大粒子の生成が抑えられることから、粒度分布幅の狭い、粒径の揃ったペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末となる。なお、本発明において、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の粒子径は、レーザー回折散乱法により求められるものである。また、本発明において平均粒径(D50)は、体積基準の累積分布が50%となる粒径を意味するもので、メジアン径を意味し、また、D90は、体積基準の累積分布が90%となる粒径を意味する。 The average particle diameter (D50) of the perovskite-type barium titanate powder obtained by the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention is preferably 0.330 μm or less, particularly preferably 0.010 to 0.328 μm. In addition, the D90 of the perovskite barium titanate powder obtained by the method for producing the perovskite barium titanate powder of the present invention is preferably 0.930 μm or less, particularly preferably 0.650 to 0.900 μm. Therefore, the perovskite-type barium titanate powder obtained by performing the method for producing a perovskite-type barium titanate powder of the present invention is fine and suppresses the formation of large particles. It becomes a uniform perovskite-type barium titanate powder. In the present invention, the particle size of the perovskite barium titanate powder is determined by a laser diffraction scattering method. Further, in the present invention, the average particle diameter (D50) means a particle diameter at which the volume-based cumulative distribution is 50%, means a median diameter, and D90 is a volume-based cumulative distribution of 90%. Means a particle size of
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の粒度分布指数((D90−D10)/D50)は、2.410以下、特に2.405以下であることが好ましい。つまり、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、粒度分布が狭い。 The particle size distribution index ((D90-D10) / D50) of the perovskite-type barium titanate powder obtained by carrying out the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention is 2.410 or less, particularly 2.405 or less. Is preferred. That is, the perovskite-type barium titanate powder obtained by the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention has a narrow particle size distribution.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の比表面積は、2m2/g以上、好ましくは3〜50m2/gである。
The specific surface area of the perovskite barium titanate powder obtained performed a method of manufacturing a perovskite-type barium titanate powder of the present invention,
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末のX線回折分析において、正方晶の指標となるc軸とa軸の比(c/a)は、好ましくは1.004以上、好ましくは1.005〜1.010である。よって、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、高い正方晶性を有する。 In the X-ray diffraction analysis of the perovskite-type barium titanate powder obtained by the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention, the ratio (c / a) between the c-axis and the a-axis serving as a tetragonal index is preferably Is 1.004 or more, preferably 1.005 to 1.010. Therefore, the perovskite type barium titanate powder obtained by performing the method for producing the perovskite type barium titanate powder of the present invention has high tetragonality.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、極めて高純度であり、圧電体、オプトエレクトロニクス材、誘電体、半導体、センサー等の電子部品用機能性セラミックの原料として有用なペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末である。 The perovskite-type barium titanate powder obtained by the production method of the perovskite-type barium titanate powder of the present invention is extremely high in purity and has functionalities for electronic parts such as piezoelectrics, optoelectronic materials, dielectrics, semiconductors, and sensors. This is a perovskite-type barium titanate powder useful as a ceramic raw material.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法では、焼成工程で、加湿空気を反応炉内に導入しながら、複合有機酸塩の焼成を行うことにより、ペロブスカイト型チタン酸バリウムへの生成反応において焼成炉内で発生した炭酸ガスを効率的に、加湿空気に吸収させることができるため、正方晶性が高いペロブスカイト型チタン酸バリウムが得られることに加え、加湿空気の露点を特定範囲とすることにより、粉砕工程において粉砕され易い焼成物、すなわち、粉砕工程において粉砕され易いペロブスカイト型チタン酸バリウムの二次粒子が得られる。そのため、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法では、焼成工程の後、粉砕工程を得て、正方晶性が高く、微細であり且つ粒径の揃ったペロブスカイト型チタン酸バリウムの二次粒子が得られる。 In the method for producing a perovskite-type barium titanate powder according to the present invention, in the formation reaction to the perovskite-type barium titanate by firing the complex organic acid salt while introducing humidified air into the reaction furnace in the firing step. Carbon dioxide gas generated in the firing furnace can be efficiently absorbed into the humidified air, so that perovskite-type barium titanate with high tetragonality can be obtained, and the dew point of the humidified air should be in a specific range Thus, a fired product that is easily pulverized in the pulverization process, that is, secondary particles of perovskite-type barium titanate that are easily pulverized in the pulverization process. Therefore, in the method for producing a perovskite-type barium titanate powder of the present invention, a secondary step of perovskite-type barium titanate having a high tetragonality, fineness and uniform particle size is obtained after the firing step. Particles are obtained.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法では、必要に応じて、焼成工程の焼成原料である複合有機酸塩に、副成分元素含有化合物を添加することにより、副成分元素の酸化物を含むペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得ることができる。また、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法では、焼成工程を行い得られる焼成物に、副成分元素含有化合物を添加し、焼成することによっても、副成分元素を含有する本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得ることができる。このような副成分元素としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等の希土類元素、Li、Bi、Zn、Mn、Al、Si、Sr、Co、V、Nb、Ni、Cr、B、Fe及びMgから選ばれる少なくとも1種の元素が挙げられる。なお、副成分元素含有化合物は、無機物又は有機物のいずれであってもよい。副成分元素含有化合物としては、例えば、副成分元素を有する酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、蓚酸塩、カルボン酸塩、アルコキシド等が挙げられる。副成分元素含有化合物がSi元素を含有する化合物である場合は、副成分元素含有化合物としては、副生分元素を有する酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、蓚酸塩、カルボン酸塩、アルコキシドに加え、シリカゾルや珪酸ナトリウム等も挙げられる。 In the method for producing a perovskite-type barium titanate powder according to the present invention, an auxiliary component element-containing compound is added to a composite organic acid salt that is a firing raw material in the firing step, if necessary, thereby adding an oxide of the subsidiary component element. A perovskite-type barium titanate powder can be obtained. Further, in the method for producing a perovskite-type barium titanate powder of the present invention, the auxiliary component element-containing compound is added to the fired product obtained by performing the firing step and fired, and the present invention also contains the subsidiary component element. Perovskite-type barium titanate powder can be obtained. Examples of such subcomponent elements include Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and other rare earth elements, Li, Bi Zn, Mn, Al, Si, Sr, Co, V, Nb, Ni, Cr, B, Fe, and Mg. The subcomponent element-containing compound may be either an inorganic substance or an organic substance. Examples of the subcomponent element-containing compound include oxides, hydroxides, chlorides, nitrates, oxalates, carboxylates, and alkoxides having subcomponent elements. When the subcomponent element-containing compound is a compound containing Si element, the subcomponent element-containing compound includes oxides, hydroxides, chlorides, nitrates, oxalates, carboxylates having byproduct elements, In addition to the alkoxide, silica sol, sodium silicate and the like can be mentioned.
なお、これらの副成分元素の組み合わせや添加量は、生成するペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末が用いられるセラミックスに必要な誘電特性に合わせて、任意に設定される。例えば、副成分元素の添加量は、ペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末100質量部に対して、副成分元素が、原子換算で0.1〜5質量部である。 In addition, the combination and addition amount of these subcomponent elements are arbitrarily set according to the dielectric characteristics required for the ceramic in which the perovskite-type barium titanate powder to be produced is used. For example, the addition amount of the subcomponent element is 0.1 to 5 parts by mass of the subcomponent element in terms of atoms with respect to 100 parts by mass of the perovskite barium titanate powder.
本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、積層コンデンサの製造原料として用いられる。例えば、先ず、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末と、添加剤、有機系バインダ、可塑剤、分散剤等の従来公知の配合剤とを混合し分散させてスラリー化し、スラリー中の固形物を成形してセラミックシートを得る。次にこのセラミックシートの一面に内部電極形成用導電ペーストを印刷し、乾燥後、複数枚のセラミックシートを積層し、次に厚み方向に圧着することにより積層体を形成する。さらに、この積層体を加熱処理して脱バインダ処理を行い、仮焼して仮焼体を得る。その後、この焼成体にIn−Gaペースト、Niペースト、Agペースト、ニッケル合金ペースト、銅ペースト、銅合金ペースト等を塗布して焼き付けることにより積層コンデンサを得ることができる。 The perovskite-type barium titanate powder obtained by the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention is used as a raw material for producing a multilayer capacitor. For example, first, a perovskite-type barium titanate powder obtained by performing the method for producing a perovskite-type barium titanate powder of the present invention is mixed with conventionally known compounding agents such as additives, organic binders, plasticizers, and dispersants. Then, it is dispersed to form a slurry, and a solid material in the slurry is formed to obtain a ceramic sheet. Next, a conductive paste for forming an internal electrode is printed on one surface of the ceramic sheet, and after drying, a plurality of ceramic sheets are laminated and then pressed in the thickness direction to form a laminate. Furthermore, this laminated body is heat-treated to remove the binder, and calcined to obtain a calcined body. Thereafter, an In-Ga paste, Ni paste, Ag paste, nickel alloy paste, copper paste, copper alloy paste or the like is applied to this fired body and baked, whereby a multilayer capacitor can be obtained.
また、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂に配合し、樹脂シート、樹脂フィルム、接着剤等として、プリント配線板や多層プリント配線板等の材料に好適に用いられる。また、本発明のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法を行い得られるペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、EL素子の誘電体材料、内部電極と誘電体層との収縮差を抑制するための共材、電極セラミックス回路基板やガラスセラミックス回路基板の基材及び回路周辺材料の原料、排ガス除去や化学合成等の反応時に使用される触媒、帯電防止効果やクリーニング効果を付与する印刷トナーの表面改質材等として好適に用いられる。 Further, the perovskite-type barium titanate powder obtained by performing the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention is blended with a resin such as an epoxy resin, a polyester resin, a polyimide resin, etc. As an agent etc., it is used suitably for materials, such as a printed wiring board and a multilayer printed wiring board. Further, the perovskite-type barium titanate powder obtained by the method for producing the perovskite-type barium titanate powder of the present invention is a dielectric material for EL elements, and a co-material for suppressing the shrinkage difference between the internal electrode and the dielectric layer. , Substrate materials for electrode ceramic circuit boards and glass ceramic circuit boards, raw materials for circuit peripheral materials, catalysts used in reactions such as exhaust gas removal and chemical synthesis, surface modifiers for printing toner that provide antistatic and cleaning effects Etc. are suitably used.
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<シュウ酸バリウムチタニルの調製>
塩化バリウム2水塩600g(2.456モル)及び四塩化チタン444g(2.342モル)を水4100mlに溶解した混合溶液を調製し、これをA液とした。次にシュウ酸620gを70℃の温水1500mlに溶解しシュウ酸水溶液を調製し、これをB液とした。A液にB液を70℃に保持しながら攪拌下に120分かけて添加し、更に70℃で1時間攪拌下に熟成した。冷却後、ろ過してシュウ酸バリウムチタニルを回収した。次いで回収したシュウ酸バリウムチタニルを蒸留水4.5Lで3回リパルプして洗浄した。次いで、105℃で乾燥し、粉砕してシュウ酸バリウムチタニル(BaTiO(C2O4)・4H2O)1000gを得た。得られたシュウ酸バリウムチタニルのBa/Tiモル比は1.00であった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
<Preparation of barium titanyl oxalate>
A mixed solution in which 600 g (2.456 mol) of barium chloride dihydrate and 444 g (2.342 mol) of titanium tetrachloride were dissolved in 4100 ml of water was prepared. Next, 620 g of oxalic acid was dissolved in 1500 ml of warm water at 70 ° C. to prepare an aqueous oxalic acid solution, which was designated as solution B. The liquid B was added to the liquid A over 120 minutes with stirring while maintaining the liquid at 70 ° C., and further aged with stirring at 70 ° C. for 1 hour. After cooling, it was filtered to recover barium titanyl oxalate. Next, the recovered barium titanyl oxalate was repulped with 4.5 L of distilled water three times and washed. Next, it was dried at 105 ° C. and pulverized to obtain 1000 g of barium titanyl oxalate (BaTiO (C 2 O 4 ) · 4H 2 O). The Ba / Ti molar ratio of the obtained barium titanyl oxalate was 1.00.
なお、Ba/Tiモル比については、蛍光X線分析した値に基づいてBa/Tiモル比を算出した。 In addition, about Ba / Ti molar ratio, Ba / Ti molar ratio was computed based on the value which carried out the fluorescent X ray analysis.
(実施例1及び2、比較例1及び2)
図1に示す電気式バッチ炉からなる焼成炉(容量10L)にて、上記で得たシュウ酸バリウムチタニル試料1kgを、大気下で、表2に示す露点の加湿空気を、20L/分の割合で焼成炉内に導入しながら、2.5℃/分の昇温速度で表2に示す温度まで昇温し、6時間保持して焼成した。焼成終了後、冷却し、粉砕を行ってチタン酸バリウム粉末を得た。
得られたチタン酸バリウム粉末の平均粒径(D50)、D90、粒度分布指数((D90−D10)/D50)、比表面積、c軸とa軸の比(c/a)を求めた。その結果を表2に示す。
(Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2)
1 kg of the barium titanyl oxalate sample obtained above in the firing furnace comprising the electric batch furnace shown in FIG. 1 at a rate of 20 L / min While being introduced into the firing furnace, the temperature was raised to the temperature shown in Table 2 at a temperature elevation rate of 2.5 ° C./minute, and the firing was carried out for 6 hours. After the completion of firing, the mixture was cooled and pulverized to obtain a barium titanate powder.
The average particle diameter (D50), D90, particle size distribution index ((D90-D10) / D50), specific surface area, and c-axis to a-axis ratio (c / a) of the obtained barium titanate powder were determined. The results are shown in Table 2.
図1に示す焼成炉の炉1の内部の四面は、アルミナファイバーボードで覆われ、炉内にアルミナからなる試料容器2の中に試料3が収容されており、導入管4の導入口5から加湿空気6を炉内へ導入し、排出管7の排出口8から加湿空気を炉外へ排出した。
The four surfaces inside the
<粒子径D50、D90、D10の測定方法>
マイクロトラックベル社製のMT3000を使用してレーザー回折散乱法により測定した。
<c/a値>
線源としてCu−Kα線を用いてX線回折装置(日本フィリップス株式会社製、形式X’PartMPD)により、c軸とa軸の比c/aを測定した。
<Measuring method of particle diameter D50, D90, D10>
Measurement was performed by a laser diffraction scattering method using MT3000 manufactured by Microtrack Bell.
<C / a value>
The ratio c / a between the c-axis and the a-axis was measured with an X-ray diffractometer (manufactured by Nippon Philips Co., Ltd., type X'PartMPD) using Cu-Kα rays as a radiation source.
実施例1及び2では、正方晶性が高く、D90が0.9μm以下と小さく、且つ、粒度分布が狭いものが得られた。 In Examples 1 and 2, tetragonal crystallinity was high, D90 was as small as 0.9 μm or less, and a narrow particle size distribution was obtained.
一方、比較例1及び2では、正方晶性が高いものの、D90が0.9μmを超えており、粒度分布が広いものが得られた。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, although tetragonality was high, D90 exceeded 0.9 μm and a wide particle size distribution was obtained.
本発明は、微細で、粒度分布が狭く、且つ、高い正方晶性を有するペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を製造することができるので、製造されたペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末は、圧電体、オプトエレクトロニクス材、誘電体、半導体、センサー等の電子部品用機能性セラミックの原料として、好適に利用される。 The present invention can produce a perovskite-type barium titanate powder that is fine, has a narrow particle size distribution, and high tetragonality. Therefore, the produced perovskite-type barium titanate powder is a piezoelectric material, optoelectronics. It is suitably used as a raw material for functional ceramics for electronic parts such as materials, dielectrics, semiconductors and sensors.
1 炉
2 試料容器
3 試料
4 導入管
5 導入口
6 加湿空気
7 排出管
8 排出口
9 ふた
1
Claims (6)
該焼成物を粉砕して、X線回折分析におけるc軸とa軸の比(c/a)が1.004以上である正方晶のペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末を得る粉砕工程と、
を有すること、
を特徴とするペロブスカイト型チタン酸バリウム粉末の製造方法。 A firing step of firing a complex organic acid salt containing Ba atoms and Ti atoms in the firing furnace while introducing humidified air having a dew point of 45 ° C. or more and less than 100 ° C. into the firing furnace to obtain a fired product, ,
Crushing the fired product to obtain a tetragonal perovskite-type barium titanate powder having a c-axis to a-axis ratio (c / a) of 1.004 or more in X-ray diffraction analysis ;
Having
A method for producing a perovskite-type barium titanate powder characterized by
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