CeO_2のCs_2ガス還元硫化による機能性硫化セリウムの新製造法の開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650863
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 嶋影 和宜 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70005346)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平井 伸治 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10208796)
• Keywords: 硫化セリウム / CS_2ガス / 硫化反応 / 酸化セリウム / 合成 / 焼結

Research Abstract

国内では入手が困難なCe_2S_3を合成するため、CeO_2粉末のCS_2ガス硫化による新しい合成法を構築し、Ce_2S_3粉末の生成過程を明かにすると共に、合成されたCe_2S_3粉末のホットプレス法で焼結挙動について検討した。
生成過程において、硫化温度が923K以上では反応初期に生成が確認されたCeS_2は、その後、高温ほど短時間で消失し、新たにα-Ce_2S_3が生成し始め、973Kで28.8ksの硫化によりα-Ce_2S_3単相が得られた。1023Kの高温では、α-Ce_2S_3の他にCe_2O_2Sの生成も認められた。出発原料のCeO_2粉末に平均粒径0.022μmのカーボンブラックを1〜2mass%添加すると、添加量と共にCeS_2がさらに短時間で消失し、代わってα-Ce_2S_3の生成が促進された。α-Ce_2S_3の生成は、低温ではCeO_2からCeS_2までの硫化反応、高温ではカーボンブラックの添加によりα-Ce_2S_3の生成が促進され、CeS_2からα-Ce_2S_3までの炭素還元反応がそれぞれ反応の主体であるものと推定された。
焼結過程において合成粉末の平均粒径は、真空過熱による不可逆変態に伴う硫黄の放出によりα-Ce_2S_3の6.08μmからβ-Ce_2S_3粉末の3.24μmに減少した。このβ-Ce_2S_3粉末を用いて焼結実験を行ったところ、焼結体の相対密度が最高91%まで粒径の成長は見られなかった。Ce_2S_3の固相状態の焼結初期の律速過程としては、体積拡散、表面拡散、粒界拡散、蒸発・凝縮、塑性流動、粒界移動が考えるが、少なくとも1302.5〜1425Kの温度範囲において、他のセラミックスと同様に粒界拡散律速であると推定された。