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JPH066489B2 - Method for producing perovskite-type lead titanate microcrystals - Google Patents
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JPH066489B2 - Method for producing perovskite-type lead titanate microcrystals - Google Patents

Method for producing perovskite-type lead titanate microcrystals

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JPH066489B2
JPH066489B2 JP3731685A JP3731685A JPH066489B2 JP H066489 B2 JPH066489 B2 JP H066489B2 JP 3731685 A JP3731685 A JP 3731685A JP 3731685 A JP3731685 A JP 3731685A JP H066489 B2 JPH066489 B2 JP H066489B2
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真之 鈴木
博 山ノ井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電材料、特に高密度焼成用原料として有用
な、ペロブスカイト型のチタン酸鉛微結晶の製造方法に
関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a perovskite-type lead titanate microcrystal useful as a piezoelectric material, particularly as a raw material for high-density firing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

誘電体磁器の分野においては、電子部品の小型化や用途
の多様化等から、原料となる誘電体酸化物微粒子の新た
なる合成法の開発が進められている。
In the field of dielectric porcelain, development of a new synthesis method of dielectric oxide fine particles as a raw material has been advanced due to miniaturization of electronic parts and diversification of applications.

例えば、多層セラミックコンデンサにおいては、大容量
化とともに小型・軽量化を図るために、セラミック層の
厚みを薄くすることが必要で、原料である誘電体酸化物
の微粒子化が重要な課題となる。また、コンデンサの耐
圧の点からは、焼結段階での異常粒成長や不均一粒子の
生成は好ましくなく、均一微粒子の合成法の開発が急務
となっている。
For example, in a multilayer ceramic capacitor, it is necessary to reduce the thickness of the ceramic layer in order to increase the capacity and reduce the size and weight, and it is an important issue to make the dielectric oxide as a raw material into fine particles. Further, from the viewpoint of the withstand voltage of the capacitor, abnormal grain growth and generation of non-uniform particles are not preferable at the sintering stage, and development of a method for synthesizing uniform fine particles is urgently needed.

一方、誘電体磁器の原料となる誘電体酸化物としては、
数々の優れた特性を有するチタン酸鉛が広く用いられて
いる。そして、このチタン酸鉛(PbTiO3)は、一
般に、酸化鉛(PbO)と酸化チタン(TiO2)とを
混合し、ボールミルで粉砕混合した後、800〜100
0℃で仮焼成し、さらに均一になるまで再度粉砕して、
本焼成を行うという固相反応法により合成されている。
On the other hand, as the dielectric oxide that is the raw material of the dielectric porcelain,
Lead titanate, which has a number of excellent properties, is widely used. This lead titanate (PbTiO 3 ) is generally mixed with lead oxide (PbO) and titanium oxide (TiO 2 ), pulverized and mixed in a ball mill, and then 800-100
Pre-fire at 0 ° C, crush again until uniform,
It is synthesized by the solid-phase reaction method of performing main firing.

ところで、このような固相反応法によりチタン酸鉛微粒
子を合成する際には、ボールミルを使用するので不純物
が混入し易く、またPbOの蒸発が大きな問題となる。
すなわち、上記仮焼成時の温度が高い程、PbOの蒸発
量が指数関数的に多くなり、得られるチタン酸鉛微粒子
の組成が変わってしまう虞れがある。したがって、これ
を回避するために、PbO雰囲気中で焼成を行う等、熱
処理時に相当な工夫をする必要がある。あるいは、Pb
Oの蒸発を抑えるために、仮焼成の温度を下げ、しかる
後に本焼成を行うことも考えられるが、この場合には、
上記仮焼成終了時に未反応のPbOが相当量残留してお
り、この未反応のPbOが上記本焼成の段階で気化して
しまう虞れもあり、ここでも雰囲気コントロールの必要
がある。このようなことから、上述のような熱処理を利
用した固相反応法によって得られるチタン酸鉛微粒子で
は、Pb1-8TiO3というように、ペロブスカイト型構
造におけるAサイト欠陥が生じ易く、この非化学量論性
が圧電特性や焦電特性等に悪影響を及ぼす虞れが高い。
また、仮に化学量論性の高いものが高温熱処理によって
得られると仮定しても、前述のような原料調製手順によ
る限り、焼結性は悪くなる。これは、チタン酸鉛はペロ
ブスカイト型構造を有するもののなかでも最も結晶異方
性が高い、すなわち正方歪が大きいので、特定方向での
熱膨張係数が著しく異なり、高温から温度を下げてくる
際に、クラックを生じたりするためである。さらに、こ
れを回避するために、種々の添加剤を加えて上記焼結性
の改善を図ることも考えられるが、この場合には圧電特
性上の問題が生じてくる。すなわち、チタン酸鉛は、縦
波の電気機械結合係数が横波のそれよりも大きいという
利点を生かし、他の圧電材料では達し得ない部分に有効
に利用されているが、上記添加剤の如き不純物を加える
ことにより、その特性が低下することが充分考えられ
る。さらにまた、上記固相反応では、均一な微粒子を製
造することは難しく、特に粒径が1μm以下の微粒子を
製造することは不可能である。
By the way, when synthesizing lead titanate fine particles by such a solid-phase reaction method, a ball mill is used, so that impurities are easily mixed, and evaporation of PbO becomes a serious problem.
That is, the higher the temperature during the calcination, the more the amount of PbO evaporated exponentially increases, which may change the composition of the obtained lead titanate fine particles. Therefore, in order to avoid this, it is necessary to take considerable measures during the heat treatment, such as firing in a PbO atmosphere. Alternatively, Pb
In order to suppress the evaporation of O, it is conceivable to lower the temperature of calcination and then carry out the main calcination. In this case,
A considerable amount of unreacted PbO remains at the end of the preliminary calcination, and this unreacted PbO may be vaporized at the stage of the main calcination, and it is necessary to control the atmosphere here as well. Therefore, in the lead titanate fine particles obtained by the solid-state reaction method utilizing the heat treatment as described above, A site defects in the perovskite type structure, such as Pb 1-8 TiO 3, are likely to occur. There is a high possibility that the stoichiometry will adversely affect the piezoelectric characteristics and pyroelectric characteristics.
Even if it is assumed that a material having a high stoichiometry is obtained by the high temperature heat treatment, the sinterability is deteriorated as long as the above-mentioned raw material preparation procedure is performed. This is because lead titanate has the highest crystal anisotropy among the perovskite type structures, that is, since it has a large square strain, the coefficient of thermal expansion in a specific direction is significantly different, and when the temperature is lowered from a high temperature, This is because cracks may occur. Further, in order to avoid this, it is possible to add various additives to improve the sinterability, but in this case, a problem in piezoelectric characteristics arises. That is, lead titanate takes advantage of the fact that the electromechanical coupling coefficient of longitudinal waves is larger than that of transverse waves, and is effectively used in parts that cannot be reached by other piezoelectric materials. It is fully conceivable that the characteristics will be deteriorated by adding. Furthermore, it is difficult to produce uniform fine particles by the above solid-phase reaction, and it is particularly impossible to produce fine particles having a particle size of 1 μm or less.

これに対し、透明セラミックの原料やコンデンサの添加
物、低温焼結用材料等の原料としての実用を図るため
に、固相反応法における粒子の不均一性、活性度の不
足、不純物の混入等を改善し、均一微粒子を得ようとす
る試みがなされている。
On the other hand, in order to put it into practical use as a raw material for transparent ceramics, additives for capacitors, raw materials for low temperature sintering, etc., non-uniformity of particles in the solid-phase reaction method, lack of activity, mixing of impurities, etc. Attempts have been made to improve the above and obtain uniform fine particles.

例えば、特公昭51−2080号公報には、合成しよう
とするペロブスカイト構造のABOにおけるAイオンと
Bイオンの塩をアルカリ水溶液中、沸騰下で反応させる
という湿式合成法が開示されている。しかしながら、こ
の方法では、[Aイオン]/[Bイオン]≧1.8なる
条件が必要とされ、合成のイオン濃度比が1でないので
組成変動を生じ易く、また合成後のものは非晶質で水和
物である。したがって、結晶性粒子を得るためには30
0〜400℃の熱処理が必要である。さらに、合成時に
不純物となる過剰のPbCl2を除去するためにデカン
テーションを行うが、このPbCl2を完全に除去する
ことは難しい。
For example, Japanese Patent Publication No. 51-2080 discloses a wet synthesis method in which a salt of an A ion and a B ion in an ABO having a perovskite structure to be synthesized is reacted in an alkaline aqueous solution under boiling. However, in this method, the condition of [A ion] / [B ion] ≧ 1.8 is required, and since the ion concentration ratio of synthesis is not 1, composition variation is likely to occur. It is a hydrate. Therefore, to obtain crystalline particles, 30
A heat treatment of 0 to 400 ° C is required. Further, decantation is performed to remove excess PbCl 2 that becomes an impurity during synthesis, but it is difficult to completely remove this PbCl 2 .

あるいは、他の方法として、シュウ酸塩法やシュウ酸エ
タノール法が知られているが、前者においては、金属イ
オンの種類によってシュウ酸塩の溶解度が異なる場合
や、沈澱するpH領域が異なる場合があり、均一な組成
のものを得ることは難しい。また、シュウ酸塩という有
機化合物を使用するので、製造コストや生産性の点でも
問題が多い。さらに、後者においては、組成の均一性の
点ではある程度改善されるものの、製造コストや生産性
等の面で問題が残っている。
Alternatively, the oxalate method and the oxalic acid ethanol method are known as other methods. In the former case, the solubility of the oxalate may differ depending on the type of the metal ion, or the pH range for precipitation may differ. It is difficult to obtain a uniform composition. Moreover, since an organic compound called oxalate is used, there are many problems in terms of manufacturing cost and productivity. Further, in the latter, although the uniformity of the composition is improved to some extent, problems remain in terms of manufacturing cost and productivity.

さらに、一般式M(OR)nで表される有機金属化合物
を合成し、これから一般式MIII(OR)で表され
る複合アルコキシドを合成した後、加水分解するとい
う、いわゆる金属アルコキシド法も提案されているが、
製造コストや生産性等の点で非常に問題が多い。また、
得られる沈澱は高純度のものであるが、非晶質であり4
00℃程度の熱処理を施す必要があるので、固相反応法
と同様にPbOの蒸発の虞れがある。
Further, a so-called metal alkoxide in which an organometallic compound represented by the general formula M (OR) n is synthesized, and a composite alkoxide represented by the general formula M I M II (OR) m is synthesized and then hydrolyzed Although a law has been proposed,
There are many problems in terms of manufacturing cost and productivity. Also,
The precipitate obtained is of high purity but is amorphous and
Since it is necessary to perform a heat treatment at about 00 ° C., there is a possibility that PbO may be vaporized as in the solid-phase reaction method.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

このように、従来の合成法では、熱処理なしに液相から
結晶性チタン酸鉛微粒子を合成することは困難であり、
均一性や純度の高いチタン酸鉛微結晶を得ることは困難
であった。また、従来の合成法では、粒径が1μm以下
の微粒子を製造することは難しく、高密度焼成用のチタ
ン酸鉛微結晶を供給することは難しかった。
As described above, it is difficult to synthesize the crystalline lead titanate fine particles from the liquid phase without heat treatment by the conventional synthesis method.
It was difficult to obtain lead titanate microcrystals with high uniformity and purity. Further, according to the conventional synthesis method, it is difficult to produce fine particles having a particle size of 1 μm or less, and it is difficult to supply lead titanate microcrystals for high-density firing.

そこで本発明は、前述の如き当該技術分野の実情に鑑み
て提案されたものであって、極めて微細で、例えば透明
セラミック等の原料等、用途の多様化に対応することが
可能で、かつ組成の均一性が高く、高純度なチタン酸鉛
微結晶の製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the actual situation of the technical field as described above, and is extremely fine, and it is possible to cope with diversification of applications such as raw materials such as transparent ceramics, and composition. It is an object of the present invention to provide a method for producing high-purity lead titanate microcrystals, which has high homogeneity.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者等は、高純度で、粒子径の小さなペロブスカイ
ト型チタン酸鉛微粒子を合成することが可能な合成方法
を開発せんものと長期に亘り鋭意研究の結果、pHおよ
び合成温度を所定の値に設定して湿式合成を行うことに
より、ペロブスカイト型チタン酸鉛微結晶、パイロクロ
ア型チタン酸鉛微結晶あるいは新規な結晶相を有する針
状チタン酸鉛微結晶を合成することが可能であり、特に
得られるパイロクロア型のチタン酸鉛微結晶は極めて微
細で、かつ熱処理により容易にペロブスカイト相に相変
化することを見出した。
The present inventors have developed a synthetic method capable of synthesizing perovskite-type lead titanate fine particles having high purity and a small particle size, and as a result of extensive research over a long period of time, the pH and the synthesis temperature were set to predetermined values. It is possible to synthesize perovskite-type lead titanate microcrystals, pyrochlore-type lead titanate microcrystals or acicular lead titanate microcrystals having a novel crystal phase by performing wet synthesis by setting to It was found that the obtained pyrochlore-type lead titanate microcrystals are extremely fine and easily undergo a phase change to a perovskite phase by heat treatment.

可溶性チタン化合物もしくはその加水分解生成物と鉛化
合物とを水溶液中でpH12.1以上、温度100℃〜
190℃で、且つ添付第1図においてパイロクロア型の
チタン酸鉛微結晶PYが主に生成する領域内のpH及び
温度条件で反応させた後、得られる微結晶に対して52
0℃以上で熱処理することを特徴とするものである。
Soluble titanium compound or its hydrolysis product and lead compound in aqueous solution at pH 12.1 or higher at a temperature of 100 ° C
After reacting at 190 ° C. under the pH and temperature conditions within the region where the pyrochlore type lead titanate microcrystal PY is mainly produced in FIG.
It is characterized by heat treatment at 0 ° C. or higher.

本発明において、ペロブスカイト型のチタン酸鉛微結晶
を合成するには、先ず、湿式合成によりパイロクロア型
のチタン酸鉛微結晶を作成する。このパイロクロア型の
チタン酸鉛微結晶を作成するには、例えば四塩化チタン
(TiCl4)のような可溶性のチタン化合物もしくは
その加水分解生成物と、鉛化合物の加水分解生成物もし
くはその水溶性塩とを混合し、アルカリ性の水溶液中で
100℃以上の高温で反応させ、生成した沈澱物を水あ
るいは温水で洗浄してK+,Na+等のアルカリ陽イオン
やCl-等の陰イオンを完全に除去し、濾過・乾燥すれ
ばよい。
In the present invention, to synthesize perovskite type lead titanate microcrystals, first, pyrochlore type lead titanate microcrystals are prepared by wet synthesis. To produce the pyrochlore type lead titanate microcrystals, for example, a soluble titanium compound such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) or a hydrolysis product thereof and a hydrolysis product of a lead compound or a water-soluble salt thereof are used. Are mixed and reacted in an alkaline aqueous solution at a high temperature of 100 ° C. or higher, and the resulting precipitate is washed with water or warm water to completely remove alkali cations such as K + and Na + and anions such as Cl −. It may be removed, filtered and dried.

ここで、上記反応時のpHや反応温度が重要であって、
これらpHや反応温度に応じて、パイロクロア相(以
下、PY相とする)のチタン酸鉛微結晶や、ペロブスカ
イト相(以下、PE相とする)あるいは針状の新規な結
晶相(以下、PX相とする)のチタン酸鉛微結晶が生成
する。本発明者等は、実験を重ね、上記反応時のpHと
反応温度を変えて得られるチタン酸鉛微結晶の相図の作
成を試みた。結果を第1図に示す。この第1図から、P
Y相は低アルカリ高温域から高アルカリ低温域で安定で
あり、PE相は高アルカリ高温域のみ安定で、さらに、
PX相は特定の範囲内でのみ生成することが判明した。
なお、この第1図において、( )内は副生成物的に若
干生成するものを表し、AMは非晶質(アモルファス)
状態のチタン酸鉛を表す。
Here, the pH and reaction temperature during the reaction are important,
Depending on these pH and reaction temperature, lead titanate microcrystals in the pyrochlore phase (hereinafter referred to as PY phase), perovskite phase (hereinafter referred to as PE phase) or a new needle-like crystal phase (hereinafter referred to as PX phase) And lead) titanate microcrystals are produced. The present inventors repeated experiments and attempted to create a phase diagram of lead titanate microcrystals obtained by changing the pH and reaction temperature during the above reaction. The results are shown in Fig. 1. From this FIG. 1, P
The Y phase is stable from a low alkali high temperature range to a high alkali low temperature range, and the PE phase is stable only in a high alkali high temperature range.
It has been found that the PX phase only forms within a certain range.
In addition, in FIG. 1, the inside of the parentheses indicates that a small amount is generated as a by-product, and AM is amorphous.
Represents lead titanate in the state.

すなわち、pH12.1以上、反応温度100〜190
℃、好ましくはpH13.0以上、反応温度110〜1
75℃に設定することにより、PY相が選択的に生成す
る。反応時間は、1時間以内でも充分であるが、長い程
得られるPY相の結晶性が良くなる。ここで得られるP
Y相のチタン酸鉛微結晶は極めて化学量論性の高いもの
であって、また、その粒径が0.2μ以下と従来の固相
反応法で得られるものより1桁小さい。
That is, pH 12.1 or higher, reaction temperature 100 to 190
C, preferably pH 13.0 or higher, reaction temperature 110-1
By setting it to 75 ° C., the PY phase is selectively generated. A reaction time of 1 hour or less is sufficient, but the longer the time, the better the crystallinity of the obtained PY phase. P obtained here
The Y-phase lead titanate microcrystals have extremely high stoichiometry, and their particle size is 0.2 μm or less, which is an order of magnitude smaller than that obtained by the conventional solid-phase reaction method.

上記チタン酸鉛微結晶を合成する上で、出発原料となる
Ti化合物もしくはその加水分解生成物を得るには、T
iCl4,Ti(SO42のような塩を水に溶解させる
か、もしくは、その水溶液を、KOH,NaOH,NH
4OH,LiOHのようなアルカリ水溶液で加水分解さ
せればよい。ただし、Ti(SO42を用いるときは、
これらアルカリ溶液で加水分解してTiO2・nH2
(酸化チタン水和物)を作成し、デカンテーションや濾
過を繰り返して、▲SO2- 4▼を除去すればよい。
In synthesizing the lead titanate microcrystals described above, in order to obtain a starting Ti compound or a hydrolysis product thereof, T
A salt such as iCl 4 , Ti (SO 4 ) 2 is dissolved in water, or its aqueous solution is dissolved in KOH, NaOH, NH.
It may be hydrolyzed with an alkaline aqueous solution such as 4 OH or LiOH. However, when Ti (SO 4 ) 2 is used,
TiO 2 · nH 2 O hydrolyzed with these alkaline solutions
Create a (titanium oxide hydrate), by repeated decantation or filtration, may be removed ▲ SO 2- 4 ▼.

また、鉛化合物としては、酢酸鉛Pb(CH3COO)2
・3H2O,硝酸鉛Pb(NO32,塩化鉛PbCl2
が使用できる。ただし、塩化鉛を使用する場合には、あ
らかじめアルカリ性の熱水で処理しておくことが好まし
い。
Further, as the lead compound, lead acetate Pb (CH 3 COO) 2
・ 3H 2 O, lead nitrate Pb (NO 3 ) 2 , lead chloride PbCl 2, etc. can be used. However, when lead chloride is used, it is preferable to treat it with alkaline hot water in advance.

これら出発原料のモル比は特に問わないが、1:1の割
合で合成することできる。また、このとき、Pbが過剰
の場合には簡単に洗浄できるが、Tiが過剰の場合には
除去操作が必要である。
The molar ratio of these starting materials is not particularly limited, but they can be synthesized at a ratio of 1: 1. At this time, if Pb is excessive, it can be easily washed, but if Ti is excessive, a removing operation is necessary.

上述のように、100℃以上の高温で反応させる場合に
使用される装置としては、いわゆるオートクレーブと称
される装置が使用され、その内容器には、高アルカリ,
高温な耐え得る材料、例えばポリテトラフルオルエチレ
ン(いわゆるテフロン)等を使用することが好ましい。
As described above, an apparatus called a so-called autoclave is used as an apparatus used when the reaction is carried out at a high temperature of 100 ° C. or higher.
It is preferable to use a material that can withstand high temperatures, such as polytetrafluoroethylene (so-called Teflon).

次に、上記PY相のチタン酸鉛微結晶に対して熱処理を
施す。
Next, the PY phase lead titanate microcrystals are heat-treated.

上記熱処理温度としては、所定の熱処理温度での保持時
間が10時間以上程度の長時間熱処理の場合には520
℃以上であればよく、550℃であることが好ましい。
また、最終到達温度での保持時間がない場合には、上記
最終到達温度が57℃以上であればPE相(ペロブスカ
イト相)への相変化が始まる。ここで、完全にペロブス
カイト相の強誘電相を用いるときには、650℃以上の
温度とすることが好ましい。また、特に活性度が要求さ
れる場合には、熱処理温度を低くする方が望ましく、例
えば570〜610℃で熱処理すれば、粒子の活性度を
ある程度保ち、高密度材料の原料として有望なチタン酸
鉛微結晶が得られる。
The heat treatment temperature is 520 in the case of long-time heat treatment such that the holding time at the predetermined heat treatment temperature is about 10 hours or more.
It may be higher than or equal to ℃, and is preferably 550 ℃.
Further, when there is no holding time at the final reached temperature, if the final reached temperature is 57 ° C. or higher, the phase change to the PE phase (perovskite phase) starts. Here, when the ferroelectric phase of the perovskite phase is completely used, it is preferable to set the temperature to 650 ° C. or higher. Further, when the activity is particularly required, it is preferable to lower the heat treatment temperature. For example, if heat treatment is performed at 570 to 610 ° C., the activity of the particles can be maintained to some extent and titanic acid, which is a promising raw material for high-density materials, can be obtained. Lead crystallites are obtained.

上記熱処理時の昇温速度は特に制限する必要はないが、
低温で熱処理を行う場合には遅く、高温で熱処理を行う
場合には速くすればよく、この選択は生産性等に依存す
る。
The temperature rising rate during the heat treatment is not particularly limited,
The heat treatment may be slow when the heat treatment is performed at a low temperature, and may be made fast when the heat treatment is performed at a high temperature. This selection depends on the productivity and the like.

また、上記熱処理時に成形する場合には、仮焼なしに一
段階でペロブスカイト型に焼成することができ、この目
的としても本発明は有効である。
Further, in the case of molding at the time of the heat treatment, it is possible to perform firing in a perovskite type in one step without calcination, and the present invention is also effective for this purpose.

〔作用〕[Action]

このように、pH12.1以上、温度100℃〜190
℃に設定して湿式合成を行いパイロクロア相のチタン酸
鉛微結晶を選択的に合成した後、このパイロクロア相の
チタン酸鉛微結晶に対して520℃以上の熱処理を施す
ことにより、粒径が0.2μm程度と非常に微細で均一
なペロブスカイト型チタン酸鉛微結晶が作成される。
Thus, pH 12.1 or more, temperature 100 ℃ ~ 190
After the wet synthesis is performed at a temperature of ℃, the pyrochlore phase lead titanate microcrystals are selectively synthesized, and then the pyrochlore phase lead titanate microcrystals are heat-treated at 520 ° C. Very fine and uniform perovskite type lead titanate microcrystals of about 0.2 μm are produced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を具体的な実験例から説明する。なお、本
発明がこれら実験例に限定されるものでないことは言う
までもない。
Hereinafter, the present invention will be described from specific experimental examples. Needless to say, the present invention is not limited to these experimental examples.

実験例1. ビーカに氷水を用意し、これに四塩化チタン液を静かに
少しずつ滴下した。このとき、初期においては白濁した
が、数時間撹拌を続けると、完全に透明な四塩化チタン
水溶液が得られた。これを250mlのメスフラスコに
移し、標準溶液とした。この標準溶液から10mlを正
確に分取し、過剰アンモニア水で加水分解し、TiO2
・nH2Oを濾別した後、1000℃で熱処理して重量
法から濃度を決定した。ここで、四塩化チタンの濃度は
1.010mol/であった。
Experimental example 1. Ice water was prepared in a beaker, and titanium tetrachloride solution was gently added dropwise thereto. At this time, although it became cloudy in the initial stage, when stirring was continued for several hours, a completely transparent titanium tetrachloride aqueous solution was obtained. This was transferred to a 250 ml volumetric flask and used as a standard solution. From this standard solution, exactly 10 ml was taken and hydrolyzed with excess ammonia water, and TiO 2
After nH 2 O was filtered off, heat treatment was carried out at 1000 ° C. and the concentration was determined gravimetrically. Here, the concentration of titanium tetrachloride was 1.010 mol /.

一方、酢酸鉛Pb(CH3COO)2・3H2Oの22.
32gを精秤し、100mlの水に溶解した。
On the other hand, lead acetate Pb (CH 3 COO) 2 .3H 2 O of 22.
32 g was precisely weighed and dissolved in 100 ml of water.

次いで、この酢酸鉛溶液にPb/Ti=1.000とな
るように上記四塩化チタン標準溶液を58.26mlを
徐々に加えた。このとき、PbCl2の白色沈澱が生じ
るが、これは後の反応において何等支障とならない。
Next, 58.26 ml of the above titanium tetrachloride standard solution was gradually added to this lead acetate solution so that Pb / Ti = 1.000. At this time, white precipitation of PbCl 2 occurs, but this does not hinder the subsequent reaction.

さらに、あらかじめKOH溶液を作成しておき、これを
加えてpHを調整し、pH=13.1とした。また、こ
のとき全溶液量は400mlとなるようにした。
Furthermore, a KOH solution was prepared in advance, and this was added to adjust the pH to pH = 13.1. At this time, the total amount of the solution was adjusted to 400 ml.

これを均一に4等分して100mlずつの試料溶液と
し、各試料溶液をテフロン製のオートクレーブ用容器に
移し、オートクレーブを用い、電気炉により100〜2
30℃,反応時間1時間の条件で合成を行った。
This is divided into 4 equal parts to make 100 ml of each sample solution, each sample solution is transferred to a Teflon autoclave container, and the autoclave is used to produce 100 to 2 by an electric furnace.
The synthesis was performed under the conditions of 30 ° C. and a reaction time of 1 hour.

得られた沈澱を温水で充分洗浄し、上澄のpHが7付近
になるまでデカンテーションを繰り返し、不純物を除去
した後、これを濾別し、一昼夜乾燥してチタン酸鉛微結
晶を得た。
The obtained precipitate was thoroughly washed with warm water, and decantation was repeated until the pH of the supernatant became around 7, and impurities were removed. Then, the precipitate was filtered and dried for 24 hours to obtain lead titanate microcrystals. .

得られたチタン酸鉛微結晶をX線回折により解析し、含
まれる結晶相の割合を調べた。結果を第2図に示す。な
お、ここでPE相のものは、(101)の、またPY相
のものは(222)の回折X線ピークの高さでそれぞれ
の合成量を表した。
The obtained lead titanate microcrystals were analyzed by X-ray diffraction, and the proportion of the contained crystal phase was investigated. Results are shown in FIG. Here, the amount of synthesis was represented by the height of the diffracted X-ray peak of (101) for the PE phase and (222) for the PY phase.

この第2図より、175℃付近を境に、合成相がPY相
からPE相に急激に変わることがわかる。
It can be seen from FIG. 2 that the synthetic phase rapidly changes from the PY phase to the PE phase at around 175 ° C.

特に、反応温度を110℃〜160℃に設定することに
より、PY相のチタン酸鉛微結晶がほぼ単相として生成
する。得られたチタン酸鉛微結晶のX線回折スペクトル
を測定したところ、JCPDSカード〔26−142〕
と一致し、パイロクロア相であることが確認された。ま
た、格子定数は10.37Åの立方晶であることが確認
された。
In particular, by setting the reaction temperature to 110 ° C. to 160 ° C., lead titanate microcrystals of PY phase are produced as a substantially single phase. The X-ray diffraction spectrum of the obtained lead titanate microcrystals was measured and found to be JCPDS card [26-142].
It was confirmed that it was a pyrochlore phase. In addition, it was confirmed that the cubic crystal had a lattice constant of 10.37Å.

また、このPY相のチタン酸鉛微結晶の走査電子顕微鏡
写真(SEM)を第3図に示す。この第3図より、ここ
で得られたPY相のチタン酸鉛微結晶は、粒径約0.2
μの球状粒子であることが観察された。なお、本実験例
で合成されたPY相のチタン酸鉛微結晶の組成分析を行
ったところ、Pb/Ti=0.99と非常に化学量論性
が高く、またK+は0.01重量%程度、Na+やCl-
は測定限界以下であった。
A scanning electron micrograph (SEM) of this PY phase lead titanate microcrystal is shown in FIG. From FIG. 3, the PY phase lead titanate microcrystals obtained here have a grain size of about 0.2.
It was observed to be spherical particles of μ. The composition of the PY phase lead titanate microcrystals synthesized in this experimental example was analyzed, and Pb / Ti = 0.99, which was extremely stoichiometric, and K + was 0.01% by weight. % of, Na + and Cl -
Was below the measurement limit.

次に、上記PY相のチタン酸鉛微結晶の原料粉体を、成
形することなしに、粉体のまま電気炉中で焼成を行っ
た。熱処理条件は、1時間当たり100℃の昇温速度
で、それぞれ所定の温度まで加熱し、保持時間なしで急
冷した。なお、このとき通常の固相反応で行われている
ようなPbOの雰囲気を外側に設けるようなことは、特
に行わなかった。
Next, the raw material powder of the lead titanate microcrystals of the PY phase was fired as it is in an electric furnace without molding. The heat treatment conditions were heating at a temperature rising rate of 100 ° C. per hour to a predetermined temperature and quenching without holding time. At this time, the PbO atmosphere, which is usually used in the solid-phase reaction, was not provided outside.

このようにして得られた粉体の各熱処理温度における相
変化の様子を第4図に示す。なお、ここでは、PY相の
チタン酸鉛微結晶の相対量を(222)の回折X線ピー
ク高さとして表し、また、PE相のチタン酸鉛微結晶の
相対量を(110)の回折X線ピーク高さとして表し
て、その熱処理温度によってPY相からPE相へ変化す
る様子をグラフ化した。
The state of phase change of the powder thus obtained at each heat treatment temperature is shown in FIG. Here, the relative amount of the lead titanate microcrystals of the PY phase is expressed as the diffraction X-ray peak height of (222), and the relative amount of the lead titanate microcrystals of the PE phase is represented by the diffraction X of (110). Expressed as a line peak height, a graph showing how the PY phase changes to the PE phase depending on the heat treatment temperature is plotted.

この結果、550℃付近からPE相への転移が始まり、
650℃でほぼ完全にPY相からPE相へ相転移するこ
とが判明した。
As a result, the transition to the PE phase begins at around 550 ° C,
It was found that the phase transition from the PY phase to the PE phase was almost completed at 650 ° C.

また、得られたPE相のチタン酸鉛微結晶の走査電子顕
微鏡写真を第5図に示す。なお、このPE相のチタン酸
鉛微結晶は、ASTMカード〔6−0452〕に示され
るPbTiO3と一致することから確認した。
A scanning electron micrograph of the obtained lead phase titanate microcrystals of PE phase is shown in FIG. This PE phase lead titanate microcrystal was confirmed to match with PbTiO 3 shown in ASTM card [6-0452].

この第5図より、熱処理を施すことにより粒子形状が僅
かに球形になるが、粒径等の変化はほとんど認められ
ず、非常に微細なペロブスカイト型チタン酸鉛微結晶が
得られることがわかる。
It can be seen from FIG. 5 that although the particle shape becomes slightly spherical by heat treatment, the particle diameter and the like are hardly changed, and very fine perovskite type lead titanate microcrystals are obtained.

実験例2. 先の実験例1と同様の手法によりPY相のチタン酸鉛微
結晶を合成した。
Experimental Example 2. PY phase lead titanate microcrystals were synthesized in the same manner as in Experimental Example 1 above.

次いで、このPY相のチタン酸鉛微結晶に対して、温度
を変えて10〜13時間の長時間熱処理を行った。
Next, this PY phase lead titanate microcrystal was subjected to a long-time heat treatment for 10 to 13 hours while changing the temperature.

得られたチタン酸鉛微結晶の各熱処理温度における相変
化の様子を調べたところ、520℃以上でPE相への相
転移が始まり、550℃以上でほぼ完全にPE相へ相転
移することが判明した。
When the state of the phase change of each of the obtained lead titanate microcrystals at each heat treatment temperature was examined, it was found that the phase transition to the PE phase started at 520 ° C or higher and almost completely changed to the PE phase at 550 ° C or higher. found.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、均
一で二次凝集のない微細なペロブスカイト型チタン酸鉛
微結晶を製造することができる。特に、得られるチタン
酸鉛微結晶は、その粒径が0.2μm程度と極めて微細
であり、したがって電子部品の母体材料としてだけでな
く、他の物質への添加材としても有効であり、高密度焼
結材料として最適であると考えられる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, fine perovskite-type lead titanate microcrystals that are uniform and do not cause secondary aggregation can be produced. In particular, the obtained lead titanate microcrystals have an extremely fine grain size of about 0.2 μm, and are therefore effective not only as a base material for electronic parts but also as an additive to other substances. It is considered to be optimal as a density sintered material.

また、本発明においては、あらかじめPb/Ti≒1.
0のPY相を湿式合成し、このPY相に対して熱処理を
施しているが、PbOの蒸発温度域で熱処理する必要が
ないので、得られるチタン酸鉛微結晶の組成変動は非常
に少なく、化学量論性が高い。
Further, in the present invention, Pb / Ti≈1.
Although the PY phase of 0 is wet-synthesized and the PY phase is heat-treated, it is not necessary to perform the heat treatment in the PbO vaporization temperature range, so that the composition variation of the obtained lead titanate microcrystals is very small, High stoichiometry.

さらに、本発明によれば、熱処理温度を制御することに
より、得られるチタン酸鉛微結晶の活性度を上げること
もでき、高密度焼結材料の原料として使用可能なチタン
酸鉛微結晶を製造することができる。
Furthermore, according to the present invention, the activity of the obtained lead titanate microcrystals can be increased by controlling the heat treatment temperature, and the lead titanate microcrystals that can be used as a raw material for the high-density sintered material can be produced. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は湿式合成法におけるpH−温度による相図であ
る。 第2図はpH14.0におけるPY相,PE相,PX相
の温度依存性を示す特性図である。 第3図はPY相のチタン酸鉛微結晶の走査電子顕微鏡写
真、第4図はPY相からPE相への相転移状態を示す特
性図である。 第5図は得られるPE相のチタン酸鉛微結晶の走査電子
顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a phase diagram according to pH-temperature in the wet synthesis method. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the temperature dependence of the PY phase, PE phase, and PX phase at pH 14.0. FIG. 3 is a scanning electron micrograph of lead titanate microcrystals of PY phase, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing a phase transition state from PY phase to PE phase. FIG. 5 is a scanning electron micrograph of the lead phase titanate microcrystals obtained.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】可溶性チタン化合物もしくはその加水分解
生成物と鉛化合物とを水溶液中でpH12.1以上、温
度100℃〜190℃で、且つ添付第1図においてパイ
ロクロア型のチタン酸鉛微結晶PYが主に生成する領域
内のpH及び温度条件で反応させた後、得られる微結晶
に対して520℃以上で熱処理することを特徴とするペ
ロブスカイト型チタン酸鉛微結晶の製造方法。
1. A soluble titanium compound or a hydrolysis product thereof and a lead compound in an aqueous solution at a pH of 12.1 or higher, at a temperature of 100 ° C. to 190 ° C., and in the attached FIG. 1, pyrochlore-type lead titanate microcrystals PY. A method for producing perovskite-type lead titanate microcrystals, which comprises reacting the microcrystals obtained at a temperature of 520 ° C. or higher after reacting under the pH and temperature conditions in the region in which is mainly produced.
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