ＢａＴｉ２Ｏ５系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ２Ｏ５系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ２Ｏ５系複合酸化物の製造方法
【課題】固相反応法を利用した従来のＢａＴｉ２Ｏ５系複合酸化物の製造方法では、原料の不均一混合や原料粒径の不均一により、原料系内で反応経路や反応率に差が生じるため、副生成物の生成を避けられないという課題があった。
【解決手段】本発明のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末は、Ｂａ系複合化合物とＴｉ系複合酸化物との少なくとも２種類の成分で形成されるとともに、前記２種類の成分が接触して形成された粒子で構成され、ＢａとＴｉとの元素物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８〜２．２の範囲内であることを特徴とする。
【解決手段】本発明のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末は、Ｂａ系複合化合物とＴｉ系複合酸化物との少なくとも２種類の成分で形成されるとともに、前記２種類の成分が接触して形成された粒子で構成され、ＢａとＴｉとの元素物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８〜２．２の範囲内であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
約４５０Ｋで２万以上という高い誘電率を示すＢａＴｉ2Ｏ5は、多岐用途での電気・電子材料としての応用が期待される高誘電率材料であり、そのため、高純度のＢａＴｉ2Ｏ5を安価に得られる製造方法が嘱望されている。
【０００３】
従来の主なＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法は、溶融法を利用したものである。溶融法では、原料をたとえばＢａＣＯ3とＴｉＯ2の組成比１：２の混合物、またはＢａＴｉＯ3とＴｉＯ2の組成比１：１の混合物とし、これを１３８６℃以上に加熱して溶融した後に、冷却・凝固することによりＢａＴｉ2Ｏ5を得ている（特許文献１）。この方法では、ＢａＴｉ2Ｏ5を単相状態で得ることが可能であるという利点がある。
【０００４】
しかし、溶融温度である１３８６℃以上での加熱を実現するために、高価な超耐熱炉や坩堝を必要とするため、製造コストが著しく高くなっていた。また、溶融状態を経て冷却した試料は坩堝に強く密着するため、試料回収が困難になるという問題もあった。
【０００５】
近年では、固相反応法を利用することにより１３８６℃以上という高温での処理を不要とした、ＢａＴｉ2Ｏ5の製造例がある。これは、原料としてＢａＣＯ3とＴｉＯ2の組成比１：２の混合物を用い、これを固体状態のまま１０００〜１２００℃で反応させてＢａＴｉ2Ｏ5を得る方法である（非特許文献１）。この方法では、高価な超耐熱炉や坩堝が不要であるため、溶融法に比べて製造コストを抑えることができる。また、試料が坩堝に強く密着して回収困難となる問題もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０５１４３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｎ．Ｚｈｕ，ａｎｄ Ａ．Ｒ．Ｗｅｓｔ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．９３，２９５（２０１０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１に開示されているような固相反応法によるＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法では、ＢａＴｉＯ3やＢａＴｉ4Ｏ9、Ｂａ4Ｔｉ13Ｏ30、Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40等の副生成物が生成することが知られている。こうした副生成物の生成は、固相反応法の一般的な特徴であり、原料が不均一混合であったり、原料粒径が不均一であったりすることにより、原料系内で反応経路や反応率に差が生じることを反映したものである。つまり、従来の固相反応法によるＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法では、ＢａＴｉ2Ｏ5を単相状態で得ることが困難だった。
【０００９】
この問題を解決するために、反応が平衡に達するまで反応時間を長くすることが考えられるが、一般に固相反応は反応速度が極めて低く、数週間反応させても平衡に達しない場合が少なくないため、量産には適さない。また、高温を長期間維持することにより製造コストが高くなるという問題や、防災上も問題がある。
【００１０】
また、反応を加速するために、反応温度をより高温にすることが考えられる。たとえば、固相反応法を利用した従来のＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法により得た試料を、さらに１２２０〜１２３０℃で加熱することにより、副生成物を消失させ、ＢａＴｉ2Ｏ5を得た例がある（例えば、非特許文献１）。しかし、この場合、高温加熱のために大きな熱エネルギーを使うことや耐熱炉の使用により、製造コストが高くなってしまう。また、高温化によりＢａＴｉ2Ｏ5の焼結が起こるため、粉末としての試料回収ができなくなってしまい、処理後の試料の利用範囲が制限されてしまう。また、ＢａＴｉ2Ｏ5は１１５０〜１２００℃及び１２３０℃以上で長時間加熱すると熱分解するため、処理温度もしくは処理時間には大きな制限があり、また、これにより試料の熱分解を回避するための高精度の温度制御が必要となる等の問題がある。
【００１１】
以上のように、固相反応法を利用した従来のＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法では、副生成物の生成は避けられず、副生成物の生成を回避しようとすると製造コストが高くなってしまう。結局、高純度のＢａＴｉ2Ｏ5合成と、製造コストの低減を両立させることは困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、固相反応による従来の二チタン酸バリウム系複合酸化物の製造方法が有していた前記のような課題を解決することであり、副生成物の生成を回避しながらも、製造コストを低減できるＢａＴｉ2Ｏ5などのＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法を提供することである。ここで、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物とは、ＢａＴｉ2Ｏ5、又はＢａＴｉ2Ｏ5及びＢａＴｉ2Ｏ5のうちＢａ、Ｔｉを置換した酸化物で構成されるものをいう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明者は製造コストの低い方法で高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を得るべく鋭意研究した結果、下記のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法により本発明の目的を達成できた。
すなわち、本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末は、Ｂａ系複合化合物とＴｉ系複合酸化物との少なくとも２種類の成分で形成された粒子で構成され、ＢａとＴｉとの元素物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８〜２．２の範囲内であることを特徴とする。
これにより、従来に比べて高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安価に提供することができる。
【００１４】
また、前記Ｔｉ系複合酸化物の基本成分がＴｉＯ2である。また、前記Ｂａ系複合化合物の基本成分がＢａＴｉＯ3であることを特徴とする。
【００１５】
また、前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする。
【００１７】
前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成され、前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする。
この元素置換により、結晶格子を歪ませ、電子分布を変化させることにより、誘電率、圧電定数、結晶変態温度などを制御できる。
【００１８】
また、本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法は、炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行う均一化工程と、を備えていることを特徴とする。
これにより、従来に比べて高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安価に提供することができる。
【００１９】
また、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法は、炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行い、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を形成する均一化工程と、前記前駆体粉末を８５０〜１２３０℃で固相反応させる固相反応工程と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、従来に比べて高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を構成する粒子の断面図の１例である。
【図２】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の粉砕の説明図である。
【図３】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法の工程図である。
【図４】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末について、図１乃至図２を参照しながら説明する。図１は本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を構成する粒子の断面図の１例であり、該前駆体粉末を構成する粒子１は、Ｂａ系複合化合物２及びＴｉ系複合酸化物３から構成される。ここで、前駆体粉末は、複数の粒子１で構成されるものである。
【００２３】
本実施形例においては、Ｂａ系複合化合物２は、ＢａＴｉＯ3である。なお、Ｂａ系複合化合物２は、ＢａＴｉＯ3を基本成分とし、後述するＢａ及びＴｉのうち一方を置換したものを含むものであってもよい。また、Ｔｉ系複合酸化物３は、ＴｉＯ2である。なお、Ｔｉ系複合酸化物３は、ＴｉＯ2を基本成分とし、後述するＴｉを置換したものを含むものであってもよい。
【００２４】
また、本実施例では、ＢａＴｉＯ3が球状のＴｉＯ2の全面を覆う二層構造となっている。なお、ＢａＴｉＯ3とＴｉＯ2が接触して一体化した粒子となっていれば、本実施例の二層構造に限定されるものではない。例えば、図２のように図１の二層構造を有する粒子の粉砕物でもよい。また、ＴｉＯ2の表面にＢａＴｉＯ3が不均一に付着した構造や、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3が均一に混合した構造や、ＴｉＯ2が球状のＢａＴｉＯ3の全面を覆う二層構造であってもよい。この場合においても、ＢａＴｉＯ3とＴｉＯ2とが接触した形状となっている。また、該粒子の粒径、粒径分布、形状についても特に限定されるものではないが、粒径は均一であることが好ましい。
【００２５】
また、本実施例において、前躯体粉末は、ＢａとＴｉの原子物質量比Ｔｉ／Ｂａが、粉末全体において１．８〜２．２である。原子物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８より小さいとき、又は２．２より大きいときは、ＢａＴｉ2Ｏ5の原子物質量比と大きく異なってしまうため、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安定して製造できない虞がある。また、Ｔｉ／Ｂａ値が粒子毎にバラツキがなく、一定値２であることが好ましい。なお、後述するＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造工程においてＴｉもしくはＢａが損失する虞がある場合は、１．８〜２．２の範囲で適宜調整する。
【００２６】
次に、前記ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法と、該前駆体粉末を使用してＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を得るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法の実施形態について、図３乃至図４を参照しながら説明する。
【００２７】
図３は本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法の一例を示す工程図である。この製造方法は、調合工程、混合・微粒化工程、低温予備焼成工程、均一化工程から構成されている。なお、本実施例において、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物は、ＢａＴｉ2Ｏ5である。
【００２８】
本実施例において、調合工程では、純度９９．９％以上、粒径０．１〜１μｍのＢａＣＯ3およびルチル型のＴｉＯ2をチタン原子とバリウム原子の物質量比（Ｔｉ／Ｂａ）が１．８〜２．２となるように原料を秤量する。物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８より小さいとき、又は２．２より大きいときは、ＢａＴｉ2Ｏ5の原子物質量比と大きく異なってしまうため、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安定して製造できない虞がある。
【００２９】
本実施例において、Ｔｉ／Ｂａは２であることがより好ましい。なお、これ以降の工程においてＴｉもしくはＢａが損失する虞がある場合は、１．８〜２．２の範囲で適宜調整する。
ＴｉＯ2は、ルチル型、アナターゼ型、及びブルッカイト型のいずれの結晶構造のものも使用できるが、ルチル型を使用することが好ましい。
【００３０】
混合・微粒化工程では、原料をメノウポット内で混合する。これに、ミリング用のジルコニアボールおよび水を加え、遊星型ボールミルで約３０時間のミリングを行う。その後、ジルコニアボールを除去し、１００℃〜１２０℃で乾燥する。こうして得られた粒子の平均粒径は、１０ｎｍ〜１μｍである。
【００３１】
この例では、粉砕機として遊星型ボールミルを用い、水を用いた湿式法を採用しているが、粉砕機は遊星型ボールミルに限定されず、種々のボールミル、ビーズミル、コロイドミル等の粉砕機を好適に用いることができる。また、乾式・湿式混合のいずれの方法で行っても良い。また、処理後の粒子の平均粒径は１０ｎｍ〜１μｍの範囲であればよく、より好ましくは１０〜７００ｎｍである。なお、これを実現するためにミリング時間を２０〜２００時間の間で適宜調整してもよい。また、ミリング用媒質は、原料粉末同士の固着を防ぎ、よく分散させるものであれば特に水に限定されるものではない。このとき、水以外には、例えばエタノール、プロパノール、アセトン等の液体を好適に使用できる。
【００３２】
低温予備焼成工程では、混合・微粒化工程で得られた粒子からなる粉末を、空気中にて５００〜８５０℃で固相反応さる。この工程で得られた生成物は、ＢａＴｉ2Ｏ5の前駆体粉末であって、図１の球状のＴｉＯ2の全面をＢａＴｉＯ3が覆う二層構造である。本実施例にように、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3とを接触した状態にすることにより、後の焼成工程でＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物への合成を効率的に進めることが可能になる。これにより、図１に示すＢａ系複合化合物及びＴｉ系複合酸化物で構成される前躯体粉末を形成することができる。本実施形例においては、Ｂａ系複合化合物２は、ＢａＴｉＯ3である。また、Ｔｉ系複合酸化物３は、ＴｉＯ2である。
【００３３】
しかし、このままではもともとの原料粒径が均一ではないことを反映して、粒子毎にＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3の体積比が異なる。そのため、粒子毎に反応率や反応経路の差が生じ、副生成物の生成につながる。これを解消するために、均一化工程が有効となる。
【００３４】
均一化工程では、前記粉末をメノウポット内で粉砕する。この工程により、図１の二層構造を有する粒子を微細化し、図２に示すようにその表面にＴｉＯ2を露出させることができる。こうして、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3がより均一に混合した状態になるため、反応系内での反応率や反応経路の差を抑制することができる。
【００３５】
図４は本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法の実施形態を示すブロック工程図である。
本実施例において、この製造方法は、均一化工程により形成されたＢａＴｉ2Ｏ5の前駆体粉末を、空気中にて８５０〜１２３０℃で固相反応させる（固相反応工程）。
【００３６】
均一工程により、反応系内では、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3がより均一に混合した状態となっているため、反応率や反応経路の差が少なく、副生成物の生成が抑制されるため、高純度または単相のＢａＴｉ2Ｏ5を得ることができる。たとえば、９００℃以上で６時間の焼成では、ＢａＴｉ2Ｏ5を主成分とすることができ、９５０℃以上では、単相とすることができる。
【００３７】
ＢａＴｉ2Ｏ5は１１５０〜１２００℃で分解することが知られているが、この温度範囲でも、焼成時間を短くし、たとえば１分〜２時間とすれば、分解を抑制できる。よって、本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法における焼成工程の焼成温度は１２３０℃まで適用することが可能である。ただし、より好ましくは、分解を完全に回避可能である１１５０℃までとする。
【００３８】
また、調合工程で、たとえば第一の添加物としてＺｒＯ2、第二の添加物としてＣａＣＯ3またはＳｒＣＯ3を添加することができる。これにより、低温焼成工程後の生成物または焼成工程後の最終生成物として、ＴｉをＺｒ、ＢａをＣａまたはＳｒにより置換したＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、またはＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物をそれぞれ作製することもできる。
【００３９】
この例では、置換元素としてＺｒ、Ｃａ、Ｓｒを用いたが、一般に元素置換は互いに価数及びイオン半径及び配位数が同じであれば行うことができる。たとえば、ＢａＴｉ2Ｏ5中のＴｉと価数及びイオン半径及び配位数が近くなりうる元素としてＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔがある。
【００４０】
すなわち、Ｔｉに対する置換元素を含む第一の添加物としては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔであって、そのうち４価である化合物を使用する。また、第一の添加物は、原料と同種の化合物、本実施例においては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの二酸化物を使用することが好ましい。
【００４１】
また、ＢａＴｉ2Ｏ5中のＢａと価数及びイオン半径及び配位数が近くなりうる元素としてＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａがある。したがって、これらの元素による元素置換が可能である。
【００４２】
Ｂａに対する置換元素を含む第二の添加物としては、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａであって、そのうち２価である化合物を使用する。また、第二の添加物は、原料と同種の化合物、すなわち本実施例においては、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの炭酸塩を使用することが好ましい。
【００４３】
また、元素置換は、Ｂａ2+サイトとＴｉ4+サイトの両方をそれぞれの置換元素で同時に置換してもよいし、別々に置換してもよい。元素置換により、結晶格子を歪ませ、電子分布を変化させることにより、誘電率、圧電定数、結晶変態温度などを制御できる。なお、同時に置換した場合は、工程時間の短縮化を図れる。
【００４４】
この場合、Ｂａ系複合化合物は、ＢａＴｉＯ3と、Ｂａ及びＴｉのうち一方を置換したものとで構成される。また、Ｔｉ系複合酸化物は、ＴｉＯ2と、Ｔｉを置換したものとで構成される。
これにより、ＢａＴｉ2Ｏ5及びＢａＴｉ2Ｏ5のうちＢａ、Ｔｉを置換した酸化物で構成されるＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を形成することができる。
【００４５】
すなわち、Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換した酸化物と、で構成されている。また、Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されている。
【００４６】
また、本発明のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末は、焼結法、浮遊溶融帯（ＦＺ）法、ベルヌーイ法、ブリッジマン法、引き上げ法、アーク融解法、レーザーアブレーション法などのセラミックおよびセラミックス作製の原料として用いることができるなど、幅広い用途に使用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・粉砕前のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物前駆体
２・・・Ｂａ系複合化合物
３・・・Ｔｉ系複合酸化物
４・・・粉砕後のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物前駆体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
約４５０Ｋで２万以上という高い誘電率を示すＢａＴｉ2Ｏ5は、多岐用途での電気・電子材料としての応用が期待される高誘電率材料であり、そのため、高純度のＢａＴｉ2Ｏ5を安価に得られる製造方法が嘱望されている。
【０００３】
従来の主なＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法は、溶融法を利用したものである。溶融法では、原料をたとえばＢａＣＯ3とＴｉＯ2の組成比１：２の混合物、またはＢａＴｉＯ3とＴｉＯ2の組成比１：１の混合物とし、これを１３８６℃以上に加熱して溶融した後に、冷却・凝固することによりＢａＴｉ2Ｏ5を得ている（特許文献１）。この方法では、ＢａＴｉ2Ｏ5を単相状態で得ることが可能であるという利点がある。
【０００４】
しかし、溶融温度である１３８６℃以上での加熱を実現するために、高価な超耐熱炉や坩堝を必要とするため、製造コストが著しく高くなっていた。また、溶融状態を経て冷却した試料は坩堝に強く密着するため、試料回収が困難になるという問題もあった。
【０００５】
近年では、固相反応法を利用することにより１３８６℃以上という高温での処理を不要とした、ＢａＴｉ2Ｏ5の製造例がある。これは、原料としてＢａＣＯ3とＴｉＯ2の組成比１：２の混合物を用い、これを固体状態のまま１０００〜１２００℃で反応させてＢａＴｉ2Ｏ5を得る方法である（非特許文献１）。この方法では、高価な超耐熱炉や坩堝が不要であるため、溶融法に比べて製造コストを抑えることができる。また、試料が坩堝に強く密着して回収困難となる問題もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０５１４３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｎ．Ｚｈｕ，ａｎｄ Ａ．Ｒ．Ｗｅｓｔ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．９３，２９５（２０１０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１に開示されているような固相反応法によるＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法では、ＢａＴｉＯ3やＢａＴｉ4Ｏ9、Ｂａ4Ｔｉ13Ｏ30、Ｂａ6Ｔｉ17Ｏ40等の副生成物が生成することが知られている。こうした副生成物の生成は、固相反応法の一般的な特徴であり、原料が不均一混合であったり、原料粒径が不均一であったりすることにより、原料系内で反応経路や反応率に差が生じることを反映したものである。つまり、従来の固相反応法によるＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法では、ＢａＴｉ2Ｏ5を単相状態で得ることが困難だった。
【０００９】
この問題を解決するために、反応が平衡に達するまで反応時間を長くすることが考えられるが、一般に固相反応は反応速度が極めて低く、数週間反応させても平衡に達しない場合が少なくないため、量産には適さない。また、高温を長期間維持することにより製造コストが高くなるという問題や、防災上も問題がある。
【００１０】
また、反応を加速するために、反応温度をより高温にすることが考えられる。たとえば、固相反応法を利用した従来のＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法により得た試料を、さらに１２２０〜１２３０℃で加熱することにより、副生成物を消失させ、ＢａＴｉ2Ｏ5を得た例がある（例えば、非特許文献１）。しかし、この場合、高温加熱のために大きな熱エネルギーを使うことや耐熱炉の使用により、製造コストが高くなってしまう。また、高温化によりＢａＴｉ2Ｏ5の焼結が起こるため、粉末としての試料回収ができなくなってしまい、処理後の試料の利用範囲が制限されてしまう。また、ＢａＴｉ2Ｏ5は１１５０〜１２００℃及び１２３０℃以上で長時間加熱すると熱分解するため、処理温度もしくは処理時間には大きな制限があり、また、これにより試料の熱分解を回避するための高精度の温度制御が必要となる等の問題がある。
【００１１】
以上のように、固相反応法を利用した従来のＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法では、副生成物の生成は避けられず、副生成物の生成を回避しようとすると製造コストが高くなってしまう。結局、高純度のＢａＴｉ2Ｏ5合成と、製造コストの低減を両立させることは困難であった。
【００１２】
本発明の目的は、固相反応による従来の二チタン酸バリウム系複合酸化物の製造方法が有していた前記のような課題を解決することであり、副生成物の生成を回避しながらも、製造コストを低減できるＢａＴｉ2Ｏ5などのＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法を提供することである。ここで、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物とは、ＢａＴｉ2Ｏ5、又はＢａＴｉ2Ｏ5及びＢａＴｉ2Ｏ5のうちＢａ、Ｔｉを置換した酸化物で構成されるものをいう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明者は製造コストの低い方法で高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を得るべく鋭意研究した結果、下記のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法、及びＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法により本発明の目的を達成できた。
すなわち、本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末は、Ｂａ系複合化合物とＴｉ系複合酸化物との少なくとも２種類の成分で形成された粒子で構成され、ＢａとＴｉとの元素物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８〜２．２の範囲内であることを特徴とする。
これにより、従来に比べて高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安価に提供することができる。
【００１４】
また、前記Ｔｉ系複合酸化物の基本成分がＴｉＯ2である。また、前記Ｂａ系複合化合物の基本成分がＢａＴｉＯ3であることを特徴とする。
【００１５】
また、前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする。
【００１７】
前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成され、前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする。
この元素置換により、結晶格子を歪ませ、電子分布を変化させることにより、誘電率、圧電定数、結晶変態温度などを制御できる。
【００１８】
また、本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法は、炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行う均一化工程と、を備えていることを特徴とする。
これにより、従来に比べて高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安価に提供することができる。
【００１９】
また、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法は、炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行い、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を形成する均一化工程と、前記前駆体粉末を８５０〜１２３０℃で固相反応させる固相反応工程と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、従来に比べて高純度のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を構成する粒子の断面図の１例である。
【図２】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の粉砕の説明図である。
【図３】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法の工程図である。
【図４】本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末について、図１乃至図２を参照しながら説明する。図１は本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を構成する粒子の断面図の１例であり、該前駆体粉末を構成する粒子１は、Ｂａ系複合化合物２及びＴｉ系複合酸化物３から構成される。ここで、前駆体粉末は、複数の粒子１で構成されるものである。
【００２３】
本実施形例においては、Ｂａ系複合化合物２は、ＢａＴｉＯ3である。なお、Ｂａ系複合化合物２は、ＢａＴｉＯ3を基本成分とし、後述するＢａ及びＴｉのうち一方を置換したものを含むものであってもよい。また、Ｔｉ系複合酸化物３は、ＴｉＯ2である。なお、Ｔｉ系複合酸化物３は、ＴｉＯ2を基本成分とし、後述するＴｉを置換したものを含むものであってもよい。
【００２４】
また、本実施例では、ＢａＴｉＯ3が球状のＴｉＯ2の全面を覆う二層構造となっている。なお、ＢａＴｉＯ3とＴｉＯ2が接触して一体化した粒子となっていれば、本実施例の二層構造に限定されるものではない。例えば、図２のように図１の二層構造を有する粒子の粉砕物でもよい。また、ＴｉＯ2の表面にＢａＴｉＯ3が不均一に付着した構造や、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3が均一に混合した構造や、ＴｉＯ2が球状のＢａＴｉＯ3の全面を覆う二層構造であってもよい。この場合においても、ＢａＴｉＯ3とＴｉＯ2とが接触した形状となっている。また、該粒子の粒径、粒径分布、形状についても特に限定されるものではないが、粒径は均一であることが好ましい。
【００２５】
また、本実施例において、前躯体粉末は、ＢａとＴｉの原子物質量比Ｔｉ／Ｂａが、粉末全体において１．８〜２．２である。原子物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８より小さいとき、又は２．２より大きいときは、ＢａＴｉ2Ｏ5の原子物質量比と大きく異なってしまうため、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安定して製造できない虞がある。また、Ｔｉ／Ｂａ値が粒子毎にバラツキがなく、一定値２であることが好ましい。なお、後述するＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造工程においてＴｉもしくはＢａが損失する虞がある場合は、１．８〜２．２の範囲で適宜調整する。
【００２６】
次に、前記ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法と、該前駆体粉末を使用してＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を得るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法の実施形態について、図３乃至図４を参照しながら説明する。
【００２７】
図３は本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法の一例を示す工程図である。この製造方法は、調合工程、混合・微粒化工程、低温予備焼成工程、均一化工程から構成されている。なお、本実施例において、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物は、ＢａＴｉ2Ｏ5である。
【００２８】
本実施例において、調合工程では、純度９９．９％以上、粒径０．１〜１μｍのＢａＣＯ3およびルチル型のＴｉＯ2をチタン原子とバリウム原子の物質量比（Ｔｉ／Ｂａ）が１．８〜２．２となるように原料を秤量する。物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８より小さいとき、又は２．２より大きいときは、ＢａＴｉ2Ｏ5の原子物質量比と大きく異なってしまうため、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を安定して製造できない虞がある。
【００２９】
本実施例において、Ｔｉ／Ｂａは２であることがより好ましい。なお、これ以降の工程においてＴｉもしくはＢａが損失する虞がある場合は、１．８〜２．２の範囲で適宜調整する。
ＴｉＯ2は、ルチル型、アナターゼ型、及びブルッカイト型のいずれの結晶構造のものも使用できるが、ルチル型を使用することが好ましい。
【００３０】
混合・微粒化工程では、原料をメノウポット内で混合する。これに、ミリング用のジルコニアボールおよび水を加え、遊星型ボールミルで約３０時間のミリングを行う。その後、ジルコニアボールを除去し、１００℃〜１２０℃で乾燥する。こうして得られた粒子の平均粒径は、１０ｎｍ〜１μｍである。
【００３１】
この例では、粉砕機として遊星型ボールミルを用い、水を用いた湿式法を採用しているが、粉砕機は遊星型ボールミルに限定されず、種々のボールミル、ビーズミル、コロイドミル等の粉砕機を好適に用いることができる。また、乾式・湿式混合のいずれの方法で行っても良い。また、処理後の粒子の平均粒径は１０ｎｍ〜１μｍの範囲であればよく、より好ましくは１０〜７００ｎｍである。なお、これを実現するためにミリング時間を２０〜２００時間の間で適宜調整してもよい。また、ミリング用媒質は、原料粉末同士の固着を防ぎ、よく分散させるものであれば特に水に限定されるものではない。このとき、水以外には、例えばエタノール、プロパノール、アセトン等の液体を好適に使用できる。
【００３２】
低温予備焼成工程では、混合・微粒化工程で得られた粒子からなる粉末を、空気中にて５００〜８５０℃で固相反応さる。この工程で得られた生成物は、ＢａＴｉ2Ｏ5の前駆体粉末であって、図１の球状のＴｉＯ2の全面をＢａＴｉＯ3が覆う二層構造である。本実施例にように、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3とを接触した状態にすることにより、後の焼成工程でＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物への合成を効率的に進めることが可能になる。これにより、図１に示すＢａ系複合化合物及びＴｉ系複合酸化物で構成される前躯体粉末を形成することができる。本実施形例においては、Ｂａ系複合化合物２は、ＢａＴｉＯ3である。また、Ｔｉ系複合酸化物３は、ＴｉＯ2である。
【００３３】
しかし、このままではもともとの原料粒径が均一ではないことを反映して、粒子毎にＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3の体積比が異なる。そのため、粒子毎に反応率や反応経路の差が生じ、副生成物の生成につながる。これを解消するために、均一化工程が有効となる。
【００３４】
均一化工程では、前記粉末をメノウポット内で粉砕する。この工程により、図１の二層構造を有する粒子を微細化し、図２に示すようにその表面にＴｉＯ2を露出させることができる。こうして、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3がより均一に混合した状態になるため、反応系内での反応率や反応経路の差を抑制することができる。
【００３５】
図４は本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法の実施形態を示すブロック工程図である。
本実施例において、この製造方法は、均一化工程により形成されたＢａＴｉ2Ｏ5の前駆体粉末を、空気中にて８５０〜１２３０℃で固相反応させる（固相反応工程）。
【００３６】
均一工程により、反応系内では、ＴｉＯ2とＢａＴｉＯ3がより均一に混合した状態となっているため、反応率や反応経路の差が少なく、副生成物の生成が抑制されるため、高純度または単相のＢａＴｉ2Ｏ5を得ることができる。たとえば、９００℃以上で６時間の焼成では、ＢａＴｉ2Ｏ5を主成分とすることができ、９５０℃以上では、単相とすることができる。
【００３７】
ＢａＴｉ2Ｏ5は１１５０〜１２００℃で分解することが知られているが、この温度範囲でも、焼成時間を短くし、たとえば１分〜２時間とすれば、分解を抑制できる。よって、本発明に係るＢａＴｉ2Ｏ5の製造方法における焼成工程の焼成温度は１２３０℃まで適用することが可能である。ただし、より好ましくは、分解を完全に回避可能である１１５０℃までとする。
【００３８】
また、調合工程で、たとえば第一の添加物としてＺｒＯ2、第二の添加物としてＣａＣＯ3またはＳｒＣＯ3を添加することができる。これにより、低温焼成工程後の生成物または焼成工程後の最終生成物として、ＴｉをＺｒ、ＢａをＣａまたはＳｒにより置換したＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末、またはＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物をそれぞれ作製することもできる。
【００３９】
この例では、置換元素としてＺｒ、Ｃａ、Ｓｒを用いたが、一般に元素置換は互いに価数及びイオン半径及び配位数が同じであれば行うことができる。たとえば、ＢａＴｉ2Ｏ5中のＴｉと価数及びイオン半径及び配位数が近くなりうる元素としてＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔがある。
【００４０】
すなわち、Ｔｉに対する置換元素を含む第一の添加物としては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔであって、そのうち４価である化合物を使用する。また、第一の添加物は、原料と同種の化合物、本実施例においては、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの二酸化物を使用することが好ましい。
【００４１】
また、ＢａＴｉ2Ｏ5中のＢａと価数及びイオン半径及び配位数が近くなりうる元素としてＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａがある。したがって、これらの元素による元素置換が可能である。
【００４２】
Ｂａに対する置換元素を含む第二の添加物としては、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａであって、そのうち２価である化合物を使用する。また、第二の添加物は、原料と同種の化合物、すなわち本実施例においては、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの炭酸塩を使用することが好ましい。
【００４３】
また、元素置換は、Ｂａ2+サイトとＴｉ4+サイトの両方をそれぞれの置換元素で同時に置換してもよいし、別々に置換してもよい。元素置換により、結晶格子を歪ませ、電子分布を変化させることにより、誘電率、圧電定数、結晶変態温度などを制御できる。なお、同時に置換した場合は、工程時間の短縮化を図れる。
【００４４】
この場合、Ｂａ系複合化合物は、ＢａＴｉＯ3と、Ｂａ及びＴｉのうち一方を置換したものとで構成される。また、Ｔｉ系複合酸化物は、ＴｉＯ2と、Ｔｉを置換したものとで構成される。
これにより、ＢａＴｉ2Ｏ5及びＢａＴｉ2Ｏ5のうちＢａ、Ｔｉを置換した酸化物で構成されるＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物を形成することができる。
【００４５】
すなわち、Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換した酸化物と、で構成されている。また、Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されている。
【００４６】
また、本発明のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末は、焼結法、浮遊溶融帯（ＦＺ）法、ベルヌーイ法、ブリッジマン法、引き上げ法、アーク融解法、レーザーアブレーション法などのセラミックおよびセラミックス作製の原料として用いることができるなど、幅広い用途に使用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・粉砕前のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物前駆体
２・・・Ｂａ系複合化合物
３・・・Ｔｉ系複合酸化物
４・・・粉砕後のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物前駆体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂａ系複合化合物とＴｉ系複合酸化物との少なくとも２種類の成分で形成されるとともに、前記２種類の成分が接触して形成された粒子で構成され、
ＢａとＴｉとの元素物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８〜２．２の範囲内であることを特徴とするＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項２】
前記Ｔｉ系複合酸化物がＴｉＯ2であることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項３】
前記Ｂａ系複合化合物がＢａＴｉＯ3であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項４】
前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項５】
前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項６】
前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成され、
前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項７】
炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、
調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、
前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、
前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行う均一化工程と、
を備えていることを特徴とするＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法。
【請求項８】
炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、
調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、
前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、
前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行い、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を形成する均一化工程と、
前記前駆体粉末を８５０〜１２３０℃で固相反応させる固相反応工程と、
を備えていることを特徴とするＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法。
【請求項１】
Ｂａ系複合化合物とＴｉ系複合酸化物との少なくとも２種類の成分で形成されるとともに、前記２種類の成分が接触して形成された粒子で構成され、
ＢａとＴｉとの元素物質量比Ｔｉ／Ｂａが１．８〜２．２の範囲内であることを特徴とするＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項２】
前記Ｔｉ系複合酸化物がＴｉＯ2であることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項３】
前記Ｂａ系複合化合物がＢａＴｉＯ3であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項４】
前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項５】
前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項６】
前記Ｔｉ系複合酸化物が、ＴｉＯ2と、ＴｉＯ2のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素に置換された酸化物と、で構成され、
前記Ｂａ系複合化合物が、ＢａＴｉＯ3と、ＢａＴｉＯ3のＢａがＣａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｆｒ、Ｒａの群の中から選ばれる少なくとも一種類の元素で置換されるとともに、ＢａＴｉＯ3のＴｉがＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの群の中から選ばれる少なくとも１種類の元素で置換された酸化物と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末。
【請求項７】
炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、
調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、
前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、
前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行う均一化工程と、
を備えていることを特徴とするＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末の製造方法。
【請求項８】
炭酸バリウムと二酸化チタンとからなる原料を調合し、前記原料の原子物質量比Ｔｉ／Ｂａを１．８〜２．２の範囲内にする調合工程と、
調合した前記原料の混合及び微粒化を行い、平均粒径１０ｎｍ〜１μｍの粒子を形成する混合・微粒化工程と、
前記粒子を５００〜８５０℃で反応させる低温予備焼成工程と、
前記低温予備焼成工程により得られた生成物の粉砕及び均一化を行い、ＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の前駆体粉末を形成する均一化工程と、
前記前駆体粉末を８５０〜１２３０℃で固相反応させる固相反応工程と、
を備えていることを特徴とするＢａＴｉ2Ｏ5系複合酸化物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９７２００（Ｐ２０１２−１９７２００Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２６４４（Ｐ２０１１−６２６４４）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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