粒子表面の化学修飾を利用したセラミック粉末のナノ粉砕

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875183
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 阿部 修実 茨城大学, 工学部, 助教授 (40231948)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 俊夫 茨城大学, 工学部, 助教授 (40143143)
• Keywords: ナノ粉砕 / 表面修飾 / 固体酸性度 / 遊星ボールミル / チタン酸塩 / フェライト / 安定化ジルコニア

Research Abstract

粒子表面の化学修飾と高エネルギー粉砕プロセスを組み合わせてナノ粒子を作製することを目的として、本研究で導入した表面修飾制御装置によりミル処理過程の遠心加速度を制御しつつ種々酸化物を処理した結果、酸性酸化物(SiO_2、TiO_2、ZrO_2)では4〜8μmol・m^<-2>、Al_2O_3とFe_2O_3でも1〜6μmol・m^<-2>のブレンステッド酸点を導入することができた。このような表面酸点の形成は低極性分散媒中で粉末を凝集させ、凝集粒子に強い剪断力を作用させることを可能にして粉末の結晶子径を8〜18nmにまで低下させた。この時、凝集粒子の大きさは0.3〜3μm、比表面積換算径は30〜76nmであった。その後、分散媒を置換することにより、ナノ・サイズの結晶子径を保ったまま凝集粒子径が100nm以下に分散できた。一方、塩基性酸化物Y_2O_3の処理過程では、Y_2O_3の水和と水和物の脱水縮合が併発し、結晶子径と比表面積換算径がともに200nm程度の粒子を形成した。このような粒子表面の酸・塩基的性質を利用して、TiO_2とBa(OH)_2・8H_2OまたはSr(OH)_2・8H_2Oを混合粉砕処理することによってBaTiO_3、SrTiO_3が生成すること、得られた粉末が20nm以下の極めて微細な粒子径を持ち優れた焼結性を示すことを見いだし、いくつかの国内学会で報告すると同時に、国際学会、World Congress on Particle Technology 3(英国)で報告した。.また、同様のプロセスで作製したBa、Ni、Cu、Zn、Coを含むFe_2O_3前駆体が容易にフェライト化でき、優れた磁気的性質を示すことを見いだして報告した。さらに、表面酸点を形成するZrO_2と塩基性のY_2O_3とを混合粉砕することによって、微細な粒子径を持つ擬立方晶のZrO_2(YTZ)を安定化できること明らかにした。

Research Products

• [Publications] O.Abe,M.Narita: "Mechanochemically assisted preparation process of barium hexaferrite powders" Solid State Ionics. 101-103. 103-109 (1997)
• [Publications] 伊藤大輔,阿部修実: "チタン酸バリウムのメカノケミカル合成" 粉体工学会 1997年度秋期研究発表会論文集. 27-31 (1997)
• [Publications] 古沢 裕,阿部修実: "ニッケルフェライト前駆体粉末のメカノケミカルな調製プロセス" 粉体工学会 1997年度秋期研究発表会論文集. 32-36 (1997)
• [Publications] O.Abe: "Mechano-synthesis of alkaline-earth titanate powders" Proc.World Congress on Particle Technology 3. CD-ROM No.366 (1998)
• [Publications] 阿部修実,岡部貴子: "遊星ボールミル処理した酸化物ナノ粒子の化学的性質" 粉体工学会 1998年度秋期研究発表会講演論文集. 270-273 (1998)