[发明专利]金属氧化物粉末的制造方法

说明书

本发明涉及金属氧化物粉末的制造方法。更详细地说，本发明涉及作为功能材料和结构材料的氧化物系陶瓷的原料粉末所使用的金属氧化物粉末、以填料和颜料等分散状态使用的金属氧化物粉末、或者在制造单晶的原料粉末中和喷镀用的原料粉末等中所使用的金属氧化物粉末的制造方法。

作为功能材料和结构材料的氧化物系陶瓷，通常以金属氧化物粉末作为原料，经过成形工序、烧结工序制造，而作为原料所使用的金属氧化物粉末的特性，对于制造工序及制品陶瓷的功能和物性给予很大影响。因而为适合于使用目的，强烈希望具有能精准控制粒径和粒度分布等粉体特性的金属氧化物粉末。

另外，像磁性细粉和填料、颜料等，在以分散状态使用金属氧化物粉末的场合，为直接反映各个粒子的特性，对粉末粒径和粒度分布等特性的控制更为重要。

按照金属氧化物的种类和使用形态，对金属氧化物粉末所要求的特性是不同的，但共同的是：金属氧化物粒子的粒径大致一致，即粒度分布要窄，以及原始粒子的结合总是弱的，即聚集少，分散性好。

过去，作为金属氧化物粉末的制造方法，已知有蒸汽冷凝法和气相反应法等气相方法。例如气相反应法，是通过金属蒸汽或金属化合物以气相进行的化学反应制造金属氧化物粉末的方法。但是采用这些方法具有以下问题：因粒子生成过程复杂而对粒径和粒度分布等的控制困难，装置因素影响大等。另外，作为原料使用的例如氯化物、金属等及装置的成本高，所以作为金属氧化物粉末的制造方法，在工业上是不适宜的。

另外，作为过去的金属氧化物粉末的制造方法，公知的还有将经由液相法得到的金属氧化物前体粉末进行加热的方法。例如沉淀法、共同沉淀法、水解法等液相法，以金属盐的水溶液或有机溶剂溶液作为起始原料，制造水合物那样的金属氧化物前体粉末。接着将该前体粉末加热，制造金属氧化物粉末。

在上述液相法中，金属氧化物粉末通过在含氧气氛中或在氮气等惰性气体气氛中加热制造。采用该工艺制造的金属氧化物粉末，原始粒子的结合强，聚集性变强。因此，加热处理后必须有粉碎工序，但是该粉碎工序要将原始粒子的结合完全破坏是困难的，因此具有所得粉末的粒度分布广的问题。另外也还有来自粉碎介质的污染不可避免的问题。

迄今还从未知道有将金属粉末在含氧气氛中、氮气或惰性气体气氛以外的气氛中加热以制造金属氧化物粉末的例子。

另一方面，关于作为单一金属元素和氧的化合物的金属氧化物，在美国陶瓷协会的定期杂志(J.Am.Ceram.Soc.)69卷，580页(1986年)和70卷，C-358页(1987年)中，报导了将金属氧化物的成形体，在含有氯化氢的气氛中烧结的结果。

前者揭示了在氯化氢气氛中氧化锆的烧结举动，后者则揭示了在同一气氛中氧化钛的烧结举动，通过在氯化氢气氛中，于1000℃-1300℃下烧结金属氧化物的成形体，由于极快的粒子间缩颈的成长和晶界的移动，使粒子成长，抑制收缩，形成多孔质物体。

另外，使卤化剂作用于固体金属氧化物的混合物，分离所得卤化物，并且使该卤化物氧化作为金属氧化物的方法，例如在特开昭55-60004号公报中已有记载。使用这种方法获得金属氧化物的工艺，与上述使用气相法制造金属氧化物粉末的方法同样具有因粒子生长过程复杂而使粒径和粒度分布等的控制困难、装置因素的影响大等问题。另外，原料和装置的成本高，作为金属氧化物粉末的制造方法，不能认为是工业上有效率的方法。

本发明人对没有上述那些问题，制造聚集粒子少、粒度分布窄的金属氧化物粉末的方法进行了反复的深入研究，结果发现，通过将原料化合物在由特定浓度的卤素气体、卤化氢气体或它们的混合气体，和氧气、水蒸汽或它们的混合气体所构成的气氛气体中加热，就可制造聚焦粒子少、粒度分布窄的金属氧化物粉末，从而完成了本发明。

也就是说，本发明提供了一种金属氧化物粉末的制造方法，它将金属元素在卤素气体、卤化氢气体、或它们的混合气体的浓度为0.5％(体积)以上、99.5％(体积)以下，氧气、水蒸汽、或它们的混合气体的浓度为0.5％(体积)以上、99.5％(体积)以下的气氛气体中加热。

以下详细说明本发明。

本发明中制造的金属氧化物，是1种或2种以上的金属元素和氧的化合物，除了是1种金属元素和氧的化合物的单一金属氧化物之外，还是包括2种以上的金属元素和氧的化合物的复合金属氧化物。    

作为本发明中所用原料的所谓金属，指的是可采取细粉末、粒、带、线、箔、条、板、片等任何形态的，通过加热进行氧化反应等，生成由1种或2种以上的金属元素和氧构成的金属氧化物的金属。