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公開番号2025022983
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2024205286,2023158442
出願日2024-11-26,2019-10-03
発明の名称ジルコニア粉末及びその製造方法
出願人東ソー株式会社
代理人
主分類C04B 35/486 20060101AFI20250206BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】
低温で焼結した場合であっても高い導電率を示すジルコニア焼結体を与えるジルコニア粉末及びその製造方法、並びに、当該ジルコニア粉末により得られるジルコニア焼結体、その製造方法及びこれを用いた固体電解質、の少なくとも1つを提供する
【解決手段】
イットリア、カルシア、マグネシア及びセリアの群から選ばれる1以上の安定化剤を含み、結晶相に占める単斜晶の割合が0.5%以下であり、平均粒子径が0.5μm未満であり、体積粒子径分布において1μm以下の粒子が占める割合が100%であることを特徴とするジルコニア粉末。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
イットリアを６ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下含み、実測密度が５．７６ｇ／ｃｍ
３
以上６．０１ｇ／ｃｍ
３
以下であり、６００℃における導電率が５．０×１０
－３
Ｓ／ｃｍ以上であり、ＪＩＳＲ１６０１に準じた方法で測定される三点曲げ強度が、３５３ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下であることを特徴とするジルコニア焼結体。
続きを表示（約 350 文字）【請求項２】
結晶相に少なくとも立方晶を含む、請求項１に記載のジルコニア焼結体。
【請求項３】
アルミナ（Ａｌ
２
Ｏ
３
）、シリカ（ＳｉＯ
２
）及びゲルマニア（Ｇｅ
２
Ｏ
３
）の群から選ばれる１以上を含む請求項１又は２に記載のジルコニア焼結体。
【請求項４】
固体電解質用である、請求項１乃至３のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体を含む、固体電解質。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体を使用する、固体電解質の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ジルコニア粉末、特に固体電解質に適したジルコニア焼結体を与えるジルコニア粉末に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ジルコニア系の固体電解質は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）等に使用されている。例えば、特許文献１では、イットリア（Ｙ
２
Ｏ
３
）及びセリア（ＣｅＯ
２
）を含むジルコニア焼結体を粉砕した後、これにランタノイド酸化物及び、二酸化マンガンや酸化鉄を混合したものを１４５０℃で焼結させて得られた固体電解質が報告されている。また、特許文献２では、８ｍｏｌ％又は１０ｍｏｌ％イットリア含有ジルコニアからなる固体電解質層と、燃料極及びバリア層を備えた成形体を１４００℃で共焼結して得られた燃料極と一体化された固体電解質が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開２０１２／１０５５８０号
特許５７７０４００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２のジルコニア系の固体電解質は、いずれも、実用的な導電性を発現させるために１４００℃以上の高い焼結温度を必要としていた。
【０００５】
これに対し、本開示では、低温で焼結した場合であっても高い導電率を示すジルコニア焼結体を与えるジルコニア粉末及びその製造方法、並びに、当該ジルコニア粉末により得られるジルコニア焼結体、その製造方法及びこれを用いた固体電解質、の少なくとも１つを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の要旨は以下の通りである。
［１］イットリア、カルシア、マグネシア及びセリアの群から選ばれる１以上の安定化剤を含み、結晶相に占める単斜晶の割合が０．５％以下であり、平均粒子径が０．５μｍ未満であり、体積粒子径分布において１μｍ以下の粒子が占める割合が１００％であることを特徴とするジルコニア粉末。
［２］体積粒子径分布における０．２μｍ以下の粒子の占める割合が１０％以上９０％以下である上記［１］に記載のジルコニア粉末。
［３］体積粒子径分布において、０．３～０．５μｍにピークトップを有する粒子径ピークを有する上記［１］又は［２］に記載のジルコニア粉末。
［４］安定化剤の含有量が４ｍｏｌ％を超え１２ｍｏｌ％以下である［１］乃至［３］のいずれかひとつに記載のジルコニア粉末。
［５］イオン半径がジルコニウムイオンより小さいカチオン、及び、価数が４価以外のカチオン、の少なくともいずれかを含む化合物である上記［１］乃至｛４｝のいずれかひとつに記載のジルコニア粉末。
［６］前記化合物が、アルミニウム、珪素及びゲルマニウムの群から選ばれる１以上のカチオンを含む上記［５］に記載のジルコニア粉末。
［７］前記化合物の含有量が、０質量％を超え１質量％以下である上記［５］又は［６］に記載のジルコニア粉末。
［８］平均顆粒径が３０μｍ以上８０μｍ以下、軽装嵩密度が１．００ｇ／ｃｍ
３
以上１．４０ｇ／ｃｍ
３
以下ある上記［１］乃至［７］のいずれかひとつに記載のジルコニア粉末。
【０００７】
［９］以下の式で求められるジルコニウム元素量が２質量％以下であるジルコニアゾルと、イットリウム、カルシウム、マグネシウム及びセリウムの群から選ばれる１以上の化合物と、を混合する工程、及び、ジルコニアゾルを仮焼温度９００℃以上１２００℃以下で処理する工程、を有することを特徴とする上記［１］乃至［８］記載のいずれかひとつに記載のジルコニア粉末の製造方法。
Ｗ
Ｚｒ
＝（ｍ／ｍ
０
）×１００
上記式において、Ｗ
Ｚｒ
は吸着ジルコニウム量（質量％）である。ｍはジルコニアゾルを純水に分散させたスラリーを、分画分子量が５００以上３００万以下である限外濾過膜を使用した限外濾過で得られる濾液中のジルコニウム量をジルコニア（ＺｒＯ
２
）換算した質量（ｍｇ）である。ｍ
ｏ
は、限外濾過前のジルコニアゾルを大気雰囲気下、１０００℃、１時間で熱処理した後の質量（ｍｇ）である。
［１０］上記［１］乃至［８］のいずれかひとつに記載のジルコニア粉末を使用することを特徴とするジルコニア焼結体の製造方法。
［１１］イットリア、カルシア、マグネシア及びセリアの群から選ばれる１以上の安定化剤を含み、６００℃における導電率が５．０×１０
－３
Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とするジルコニア焼結体。
［１２］上記［１１］に記載のジルコニア焼結体を含む固体電解質。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によって、低温で焼結した場合であっても高い導電率を示すジルコニア焼結体を与えるジルコニア粉末及びその製造方法、並びに、当該ジルコニア粉末により得られるジルコニア焼結体、その製造方法及びこれを用いた固体電解質、の少なくとも１つを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示のジルコニア粉末について実施形態の一例を示して説明する。
【００１０】
「平均粒子径」は、レーザー回折法による体積粒子径分布測定で得られる累積体積粒子径分布曲線の体積割合が５０％に相当する粒子径（メジアン径）である。
（【００１１】以降は省略されています）

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