特表 2022-519012 ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ４セラミックス粉体及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-18

(54)【発明の名称】ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ４セラミックス粉体及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01G 35/00 20060101AFI20220311BHJP

   C04B 35/495 20060101ALI20220311BHJP

   C01G 33/00 20060101ALI20220311BHJP

【ＦＩ】

C01G35/00 C

C04B35/495

C01G33/00 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021538498

(86)(22)【出願日】2019-01-08

(85)【翻訳文提出日】2021-08-04

(86)【国際出願番号】 CN2019070804

(87)【国際公開番号】W WO2020133575

(87)【国際公開日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】201811647659.0

(32)【優先日】2018-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521285805

【氏名又は名称】昆明理工大学

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100196117

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 利恵

(72)【発明者】

【氏名】馮 晶

(72)【発明者】

【氏名】呉 鵬

(72)【発明者】

【氏名】葛 振華

(72)【発明者】

【氏名】宋 鵬

(72)【発明者】

【氏名】チン リン

(72)【発明者】

【氏名】ワン ジュン

【テーマコード（参考）】

4G048

【Ｆターム（参考）】

4G048AA03

4G048AB01

4G048AB05

4G048AC08

4G048AD04

4G048AE05

(57)【要約】

ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体及びその製造方法。ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体であって、化学一般式はＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４であり、０＜ｘ＜１である。セラミックス粉体の結晶構造は直方晶相であり、格子の空間群はＣ２２２_１であり、粒径は１０～７０μｍである。また、セラミックス粉体は球形である。製造時には、原料をボールミリングして、高温固相法を用いて反応させた後、溶剤、有機接着剤と混合してスラリーＣを得る。次いで、遠心噴霧した後に乾燥した粉粒体を得、焼結することで、ＡＰＳ技術のセラミックス粉体に対する要求を満たす、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体を得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体であって、前記セラミックス粉体の化学一般式はＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４であり、０＜ｘ＜１であり、前記セラミックス粉体の結晶構造は直方晶相であり、格子の空間群はＣ２２２_１であり、粒径は１０～７０μｍであり、前記セラミックス粉体は球形であることを特徴とするジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体。

【請求項2】

ＲＥはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は複数種の混合であることを特徴とする請求項１に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体。

【請求項3】

ＲＥ：（Ｔａ／Ｎｂ）：（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）のモル比が（１－ｘ）：（１－ｘ）：２ｘのＲＥ_２Ｏ_３粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末／Ｎｂ_２Ｏ_５粉末、ドーパント（ＺｒＯ_２粉末／ＣｅＯ_２粉末／ＴｉＯ_２粉末）を秤量して溶剤中に加え、混合溶液を形成し、混合溶液を、ボールミルを用いて、ボールミリング時間１０ｈ以上、ボールミル回転速度３００ｒ／ｍｉｎ以上でボールミリングし、乾燥を経て、乾燥した粉末Ａを得るステップ１と、
ステップ１で得られた粉末Ａを反応温度１５００～１８００℃、反応時間６～２０ｈで高温固相反応させ、成分がＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４の粉末Ｂを得るステップ２と、
ステップ２で得られた粉末Ｂを溶剤、有機接着剤と混合してスラリーＣを得、前記スラリーＣにおける粉末Ｂの質量百分率は１０～４０％、有機接着剤の質量百分率は０．１～３％、残りは溶剤であり、４００～８００℃の温度下、遠心速度８０００～９０００ｒ／ｍｉｎでスラリーＣを遠心噴霧して乾燥させ、乾燥した粉粒体Ｄを得るステップ３と、
ステップ３で得られた粉粒体Ｄを８００～１３００℃の温度下、焼結時間７～９ｈで焼結して、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体を作製するステップ４とを含むことを特徴とする請求項２に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項4】

前記ステップ１における乾燥は回転蒸発器を用いて行われ、乾燥温度は４０～６０℃、回転蒸発時間は２～４ｈであることを特徴とする請求項３に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項5】

前記ステップ１で得られた粉末Ａ、前記ステップ２で得られた粉末Ｂ、前記ステップ４で得られた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体はいずれも、２００～５００メッシュの篩でふるい分けされることを特徴とする請求項４に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項6】

前記ステップ３において、遠心噴霧温度は６００℃、遠心速度は８５００ｒ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項５に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項7】

前記ステップ１におけるＲＥ_２Ｏ_３粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末／Ｎｂ_２Ｏ_５粉末は、秤量の前に予備乾燥が行われ、予備乾燥温度は４００～７００℃、乾燥時間は５～８ｈであることを特徴とする請求項６に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項8】

前記ステップ１において、ＲＥ_２Ｏ_３粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末／Ｎｂ_２Ｏ_５粉末の純度は９９．９％以上であることを特徴とする請求項７に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項9】

前記ステップ３において、スラリーＣにおける粉末Ｂの質量百分率は２５％、有機接着剤の質量百分率は２％であることを特徴とする請求項８に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【請求項10】

前記ステップ４における焼結温度は１２００℃、焼結時間は８ｈであることを特徴とする請求項９に記載のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセラミックス粉体製造分野に属し、具体的には、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

遮熱コーティング材料は主に航空エンジン工業で応用されており、低熱伝導率、高熱膨張係数、焼結防止、良好な高温安定性などの利点を有している。主に、断熱、酸化防止、粒子の衝突に効果的に抵抗して航空エンジンの高温領域部品の基板を保護するという機能を発揮する。

【0003】

ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）は現在、最も広く研究及び応用されている遮熱コーティングである。しかし、１２００℃以上のとき、ＹＳＺは相転移が発生してコーティング効力を失うため、研究者はＹＳＺに代わることができる遮熱コーティングを探さなければならなかった。２００７年、ハーバード大学のＣｌａｒｋｅ教授の研究グループはカリフォルニア大学サンタバーバラ分校のＬｅｖｉ教授らとともに、新型遮熱コーティング材料として有望なタンタル酸イットリウム（ＹＴａＯ_４）強弾性体を提供した。しかし、希土類タンタル酸塩に関する研究は主に、結晶構造と発光性能などの分野における理論計算に集中している。２０１６年、Ｗａｎｇらは固相反応法によって緻密な希土類タンタル酸塩ブロック材料を作製し、熱伝導率がＹＳＺ材料よりも非常に低くなるという結論を提供した。また、１１４型ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４の化合物中に四価イオンをドープすることで、基板材料の熱伝導率を更に低減でき、基板材料の熱膨張係数を更に向上させられることなどを示す研究もある。研究者による多数の研究と実験結果は、希土類タンタル酸塩の遮熱コーティングにおける応用に理論的基礎を提供した。

【0004】

大気プラズマ溶射法（ＡＰＳ）及び電子ビーム物理気相堆積法（ＥＢＰＶＤ）の技術は現在、工業上の遮熱コーティング材料製造において一般的な製造技術である。ＥＢＰＶＤは柱状結晶構造の遮熱コーティングの製造に多く用いられ、ＡＰＳ技術はラメラ構造の遮熱コーティングの製造に多く用いられており、コーティングは緊密で気孔率が低い。しかし、ＡＰＳ技術は粉体に対する要求が多く、粉体は一定の密度を有していること、有機接着剤は適量であること、粉体の形状、一定の粒径分布を有していることなどが含まれる。粒径分布においては一般的に１０～２００μｍの範囲内でなければならず、粉体の形状は球形又は略球形でなければならない。現在、ＡＰＳプロセスを満たす、ドープされた希土類タンタル酸塩セラミックス粉体を製造できるプロセスはまだない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体及びその製造方法を提供することにより、ＡＰＳ技術におけるセラミックス粉体に対する要求を満たすこと、且つ、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体を合金基板上に溶射した後、熱伝導を低減する機能を発揮することができることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述の目的を実現するために、本発明は基礎的技術方案として、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体を提供する。当該セラミックス粉体の化学一般式はＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４であり、０＜ｘ＜１である。セラミックス粉体の結晶構造は直方晶相であり、格子の空間群はＣ２２２_１であり、粒径は１０～７０μｍである。また、セラミックス粉体は球形である。

【0007】

本技術方案の有益な効果は以下のとおりである。

【0008】

１、本基礎的技術方案において、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の粒径は１０～７０μｍである。一方では、このような粒径分布はＡＰＳ溶射技術における粉体への要求を満たし、粉体の粒径が大きすぎるためにスプレーガンのノズルを塞いでしまって溶射が失敗するという問題を引き起こすことはない。他方では、粉体の粒径が小さすぎるために粉体の質量が小さくなり、粉末がスプレーガンのプラズマ熱線の外面に存在して中央部に入っていかないということもない。このような粉末は長時間の加熱作用下で直接揮発してしまい、溶射の失敗を引き起こす。

【0009】

２、本基礎的技術方案において、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体は球形である。このような粉体は表面が滑らかであることから粉体の流動性が優れている。これによりＡＰＳ溶射技術の要求を満たし、更に、質の高い、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩コーティングも得られる。

【0010】

３、本基礎的技術方案において、ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４の化合物中に四価イオン（Ｚｒ^４＋、Ｃｅ^４＋又はＴｉ^４＋）をドープすることで、基板の熱伝導率を更に低減でき、基板の熱膨張係数を更に向上させることが可能になる。

【0011】

更に、ＲＥはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は複数種の混合である。

【0012】

有益な効果としては、これら複数種又は複数種を混合した希土類元素を用いた場合、得られる希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体は粒径が均一であることが、発明者の実験によって検証された。

【0013】

本発明はまた、別の基礎的方案として、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法を提供する。当該製造方法は、以下のステップを含むことを特徴とする。

【0014】

ステップ１については以下の通りである。

【0015】

ＲＥ：（Ｔａ／Ｎｂ）：（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）のモル比が（１－ｘ）：（１－ｘ）：２ｘのＲＥ_２Ｏ_３粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末／Ｎｂ_２Ｏ_５粉末、ドーパント（ＺｒＯ_２粉末／ＣｅＯ_２粉末／ＴｉＯ_２粉末）を秤量して溶剤中に加え、混合溶液を形成する。次いで、混合溶液をボールミルでボールミリングする。ボールミリング時間は１０ｈ以上、ボールミルの回転速度は３００ｒ／ｍｉｎ以上である。乾燥を経て、乾燥した粉末Ａを得る。

【0016】

ステップ２については以下の通りである。

【0017】

ステップ１で得られた粉末Ａを高温固相反応させる。反応温度は１５００～１８００℃、反応時間は６～２０ｈである。その後、成分がＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４の粉末Ｂを得る。

【0018】

ステップ３については以下の通りである。

【0019】

ステップ２で得られた粉末Ｂを溶剤、有機接着剤と混合してスラリーＣを得る。前記スラリーＣにおける粉末Ｂの質量百分率は１０～４０％、有機接着剤の質量百分率は０．１～３％、残りは溶剤である。４００～８００℃の温度下でスラリーＣを遠心噴霧することで乾燥させることができる。遠心速度は８０００～９０００ｒ／ｍｉｎである。これにより、乾燥した粉粒体Ｄを得る。

【0020】

ステップ４については以下の通りである。

【0021】

ステップ３で得られた粉粒体Ｄを８００～１３００℃の温度下で焼結する。焼結時間は７～９ｈである。その後、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体が作製される。

【発明の効果】

【0022】

本技術方案の有益な効果は以下のとおりである。

【0023】

１、ステップ１～ステップ４のプロセスで製造し、粒径が１０～７０μｍのジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩（ＲＥＴａＯ_４／ＲＥＮｂＯ_４）セラミックス粉体を得ることで、ＡＰＳ溶射技術の要求を満たし、更に、希土類タンタル／ニオブ酸塩（ＲＥ_３ＴａＯ_４／ＲＥ_３ＮｂＯ_４）セラミックス粉体を遮熱コーティングとして使用することを実現する。

【0024】

２、ステップ１及びステップ２を用いて目的相ＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４セラミックス粉末を得ることができる。

【0025】

３、ステップ３において、遠心噴霧方式を用いて作製したスラリーＣを乾燥させるが、有機接着剤は、目的相ＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４セラミックス粉末中の微細な粉末顆粒を凝集させるためである。遠心噴霧乾燥の原理は、スラリーＣが高速回転する噴霧ディスクに供給されて、極めて小さな液滴に霧化される。スラリーＣの表面積が大幅に増加し、熱空気と接触して水分が即時に蒸発することで、極めて短い時間内に乾燥させて略球形の粉末を得ることができる。

【0026】

４、ステップ４の焼結は、ステップ３で得られた粉粒体Ｄに一定の結合強度、一定の密度を形成するためのものであり、更には球形状を形成する。

【0027】

更に、前記ステップ１における乾燥は回転蒸発器を用いて行われる。乾燥温度は４０～６０℃、回転蒸発時間は２～４ｈである。

【0028】

有益な効果としては、回転蒸発器を用いて乾燥を行うことで、乾燥時間が短くなり、且つ回転の過程で粉体が十分に乾燥されることが挙げられる。

【0029】

更に、前記ステップ１で得られた粉末Ａ、前記ステップ２で得られた粉末Ｂ、前記ステップ４で得られた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体はいずれも、２００～５００メッシュの篩でふるい分けされる。

【0030】

有益な効果としては、各ステップで得られた粉体をふるい分けすることで、顆粒が大きな粉末が発生することを回避できることが挙げられる。焼結ステップを例に挙げると、焼結の過程でブロックが発生する可能性があるため、ふるい分けを行うことでこれらのブロックを除去することができる。

【0031】

更に、前記ステップ３において、遠心噴霧温度は６００℃、遠心速度は８５００ｒ／ｍｉｎである。

【0032】

有益な効果としては、当該パラメータでは得られる粉体の粒径は均一であり、且ついずれも球形状を呈していることが、発明者の実験によって検証された。

【0033】

更に、前記ステップ１におけるＲＥ_２Ｏ_３粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末／Ｎｂ_２Ｏ_５粉末は、秤量の前に予備乾燥が行われる。予備乾燥温度は４００～７００℃、乾燥時間は５～８ｈである。

【0034】

有益な効果としては、予備乾燥は前駆粉体中の水分含有量を減少させて、水分が正確な秤量に影響を与えることを抑えられることが挙げられる。

【0035】

更に、前記ステップ１において、ＲＥ_２Ｏ_３粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末／Ｎｂ_２Ｏ_５粉末の純度は９９．９％以上である。

【0036】

有益な効果としては、純度が高い前駆粉体を用いることで入り込む不純物元素を減らし、不純物が粉体製造に好ましくない影響を与えることを抑えられることが挙げられる。

【0037】

更に、前記ステップ３において、スラリーＣにおける粉末Ｂの質量百分率は２５％、有機接着剤の質量百分率は２％である。

【0038】

有益な効果としては、当該パラメータでは、目的相ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４粉末中の微細な粉末顆粒を凝集する効果を高めることができることが、発明者の実験によって検証された。

【0039】

更に、前記ステップ４における焼結温度は１２００℃、焼結時間は８ｈである。

【0040】

有益な効果としては、当該パラメータでは、粉粒体Ｄの結合強度が高まり、密度が高まり、また球形状を形成することができることが、発明者の実験によって検証された。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】図１は本発明における実施例５で作製した、ジルコニアがドープされた希土類タンタル酸塩（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）のＸＲＤ図である。

【図2】図２は本発明における実施例５で作製した、ジルコニアがドープされた希土類タンタル酸塩（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）のＳＥＭ図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下、具体的な実施形態を通じて更に詳細に説明する。

【0043】

ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体であって、セラミックス粉体の化学一般式はＲＥ_１－ｘ（Ｔａ／Ｎｂ）_１－ｘ（Ｚｒ／Ｃｅ／Ｔｉ）_２ｘＯ_４であり、０＜ｘ＜１である。ＲＥはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は複数種の混合であり、セラミックス粉体の結晶構造は直方晶相であり、格子の空間群はＣ２２２_１であり、粒径は１０～７０μｍである。また、セラミックス粉体は球形である。

【0044】

出願人は研究過程において、本発明のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体及びその製造方法について多数の実験を行った。ここではその中の１２組の実験について説明を行う。ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体及びその製造方法における実施例１～１２の各パラメータを表１、表２に示す（表１は実施例１～６の具体的なパラメータであり、表２は実施例７～１２の具体的なパラメータである）。

【0045】

【表1】

【0046】

【表2】

【0047】

ここでは実施例１を例として、本発明のジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の製造方法について説明を行う。

【0048】

ジルコニア（ＺｒＯ_２）がドープされた希土類タンタル酸塩（ＲＥＴａＯ_４）セラミックス粉体（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）の製造方法は、以下の複数のステップを含む。

【0049】

ステップ１については以下の通りである。

【0050】

ジルコニア（ＺｒＯ_２）粉末、希土類酸化物粉末Ｓｃ_２Ｏ_３、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）粉末を予備乾燥させた。予備乾燥温度は６００℃、予備乾燥時間は８ｈであった。次いで、ジルコニア（ＺｒＯ_２）粉末５．５８ｇ、希土類酸化物粉末Ｓｃ_２Ｏ_３６．２４ｇ、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）粉末２０ｇを秤量してエタノール溶剤に加え、混合溶液を得た。混合溶液におけるＳｃ：Ｔａ：Ｚｒのモル比は２：２：１であった。次いで、混合溶液をボールミルで１０ｈボールミリングした。ボールミルの回転速度は３００ｒ／ｍｉｎであった。

【0051】

ボールミリング後に得られたスラリーを回転蒸発器（型番Ｎ－１２００Ｂ）で乾燥させた。乾燥温度は６０℃、乾燥時間は２ｈであった。乾燥後の粉末を３００メッシュの篩でふるい分け、粉末Ａを得た。

【0052】

ステップ２ついては以下の通りである。

【0053】

ステップ１で得られた粉末Ａに高温固相反応法を用いて、成分がＺｒＯ_２がドープされたＳｃＴａＯ_４である粉末Ｂを作製した。反応温度は１７００℃、反応時間は１０ｈであった。次いで、３００メッシュの篩で粉末Ｂをふるい分けした。

【0054】

ステップ３ついては以下の通りである。

【0055】

ステップ２でふるい分けした粉末Ｂを脱イオン水溶剤、有機接着剤と混合してスラリーＣを得た。スラリーＣにおける粉末Ｂの質量百分率は２５％、有機接着剤の質量百分率は２％、残りは溶剤であった。有機接着剤はポリビニルアルコール又はアラビアゴムが用いられ、本実施例ではポリビニルアルコールを用いた。次いで、遠心噴霧法を用いてスラリーＣを乾燥させた。乾燥時の温度は６００℃、遠心速度は８５００ｒ／ｍｉｎであった。その後、乾燥した粉粒体Ｄを得た。

【0056】

ステップ４ついては以下の通りである。

【0057】

ステップ３で得られた粉粒体Ｄを１２００℃の温度下で８ｈ焼結した。次いで、３００メッシュの篩で焼結後の粉粒体Ｄをふるい分け、粒径が１０～７０μｍ且つ球形の、ジルコニア（ＺｒＯ_２）がドープされたＳｃＴａＯ_４セラミックス粉体（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）を得た。

【0058】

実施例２～６が実施例１と異なる点は、パラメータの違い及び最後に形成されるセラミックス粉体が異なっていることのみである。

【0059】

実施例１～１２においてＸＲＤ、ＳＥＭによるキャラクタリゼーションを行った。ここでは実施例１を例として、得られた、ジルコニアがドープされた希土類タンタル酸塩セラミックス粉体（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）材料のキャラクタリゼーションについて説明を行う。

【0060】

１ ＸＲＤによるキャラクタリゼーションについては以下の通りである。

【0061】

Ｘ線回折パターンを図１に示す。図１によれば、実施例１で得られた、ジルコニアがドープされた希土類タンタル酸塩セラミックス粉体（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）は直方晶相であり、不純物相はなく、格子の空間群はＣ２２２_１である。また、実施例２～１２で得られた、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体はいずれも直方晶相であり、不純物相はなく、格子の空間群はいずれもＣ２２２_１であった。

【0062】

２ ＳＥＭによるキャラクタリゼーションについては以下の通りである。

【0063】

実施例１で調製した、ジルコニアがドープされた希土類タンタル酸塩セラミックス粉体（Ｓｃ_０．８Ｔａ_０．８Ｚｒ_０．４Ｏ_４）のＳＥＭパターンを図２に示す。図２によれば、粉体の粒径範囲は１０～７０μｍであり、且つ球形状を呈している。また、実施例２～１２で得られた、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体の粒径範囲はいずれも１０～７０μｍであり、且ついずれも球形状を呈していた。

【0064】

比較例３組を挙げて、実施例１～１２で得られたセラミックス粉体と比較を行う。

【0065】

比較例１において、実施例１との違いは、遠心噴霧方式を用いずに乾燥させたことである。乾燥温度は８００℃、乾燥時間は１．５ｈであった。最後に得られた粉体の粒径は１８０～２２０μｍであり、且つ粉体は不規則な形状を呈していた。

【0066】

比較例２において、実施例１との違いは、ボールミリング時間が７ｈであることである。最後に得られた粉体の平均粒径は２００μｍよりも大きかった。

【0067】

比較例３において、実施例１との違いは、焼結後にふるい分け処理を行っていないことである。最後に得られた粉体中には粒径が２２０μｍよりも大きいブロックが含まれていた。

【0068】

以上述べたように、本実施例１～１２で調製した、ジルコニア／酸化チタン／酸化セリウムがドープされた希土類タンタル／ニオブ酸塩ＲＥＴａ／ＮｂＯ_４セラミックス粉体は、粒径が１０～７０μｍ内であり、且つ球形状を呈しているため、ＡＰＳ溶射技術における粉体に対する要求に適合している。比較例１～３はいずれも、ＡＰＳ溶射技術に適合するセラミックス粉体を調製できなかった。

【0069】

当業者であれば本発明における技術方案の構想を逸脱しないことを前提に、更に若干の変形や改良を加えることが可能である。また、これらについても本発明による保護の範囲であるとみなすべきであり、これらが本特許の実施による効果及び特許の実用性に影響を及ぼすことはない。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】