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水酸基イオンを包接する12CaO・7Al2O3化合物焼結体及びその作成方法 実績あり

国内特許コード P03P000842
整理番号 E060P12
掲載日 2003年7月10日
出願番号 特願2001-117546
公開番号 特開2002-316867
登録番号 特許第3560560号
出願日 平成13年4月16日(2001.4.16)
公開日 平成14年10月31日(2002.10.31)
登録日 平成16年6月4日(2004.6.4)
発明者
  • 細野 秀雄
  • 平野 正浩
  • 林 克郎
出願人
  • 独立行政法人 科学技術振興機構
発明の名称 水酸基イオンを包接する12CaO・7Al2O3化合物焼結体及びその作成方法 実績あり
発明の概要 1300℃以上の高温においてもOH-イオンを高濃度で保持し得る12CaO・7Al23化合物とその作製方法、さらに、透光性を有する程度にまで高緻密化された12CaO・7Al23焼結体を提供すること。また、これらの化合物のOH-イオンの定量方法を提供すること。水中、または水分を含む溶媒中、もしくは水蒸気を含む気体中で、水和反応させた12CaO・7Al23化合物粉体を、成形体化し、酸素分圧103 Pa以上の雰囲気中で、1200℃から1450℃の温度範囲で焼結することにより12CaO・7Al23化合物を作成する。あるいは、水中、または水分を含む溶媒中、もしくは水蒸気を含む気体中で、水和反応させた、12CaO・7Al23化合物粉体を、成形体化し、酸素分圧104 Pa以上、水蒸気分圧102 Pa以下の乾燥酸化雰囲気中で、1200℃から1450℃の温度範囲で焼結することにより透光性焼結体を作成する。
従来技術、競合技術の概要
カルシウム・アルミニウム酸化物は、単結晶体では、遠赤外から紫外までの幅広い波長領域で光を透過する。このため、透光性を有する12CaO・7Al焼結体を得ることができれば、光源や光センサーの窓材などとしての用途が期待できる。また、ガリウムナイトライド系、酸化亜鉛系などの半導体発受光素子の基板として用いれば、発光を基板側から取り出したり、検出すべき光を基板側から入射することができる。さらに、12CaO・7Alは良好な酸素イオン導電性を示すと報告されているが(M. Lacerda, J. T. S. Irvine, F. P. Glasser, and A. R. West, Nature, 332, 525, 1988)、これを燃料電池用の固体電解質として応用するためには、ガスを透過しない緻密な焼結体を得ることが重要である。
【0003】
しかし、12CaO・7Alは難焼結性であるとされており、1364℃で16時間の焼結を行っても、理論密度の約90%の焼結密度しか得られないことが報告されている。(M. Lacerda, J. T. S. Irvine, E. e. Lachowski, F. P.Glasser and A. R. West, Br. Ceram. Trans. J. 87, 191, 1988)。
【0004】
また、OHイオンを含む化合物は数多く知られているが、これらの化合物を1300℃以上の高温に曝すとOHイオンが拡散し、お互いに反応して、HOとなり、化合物中から蒸発してしまう。このため、1300℃以上の高温で、OHイオンを保持できる化合物はこれまでに報告されていない。
【0005】
12CaO・7Al中には、陰イオンを包接することが出来るケージが存在しており、各種酸素ラジカルイオン、OHイオン、ハロゲンイオンなどが、そのケージに包接されることが知られている。例えば、通常の湿度の雰囲気で焼結した12CaO・7Alは、微量のOHイオンを含むとされている。(R.W. Nurse, J. H. Welch and A. J. Majumdar, Trans. Br. Ceram. Soc., 64, 409, 1965) また、乾燥気流中、1150℃以上の焼結により、OHイオンを含まない12CaO・7Alが生成されると報告されている。(三五弘之・宮川継男・安江任・荒井康夫, J. Ceram. Soc. Jpn., 102, 772, 1994.)
【0006】
しかし、12CaO・7Al化合物中のOHイオンの包接量を定量的に測定する方法は、確立されていなかったし、12CaO・7Al中に、高濃度のOHイオンを包接させる方法はこれまで報告されていない。さらに、12CaO・7Alに包接されるイオンの種類および含有量と焼結体の緻密さの関係は明らかにされていなかった。
産業上の利用分野
本発明は、透光性を示す程度にまでに高緻密化された12CaO・7Al23焼結体に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】理論密度に対する相対焼結密度が98%以上で、かつ、波長範囲400~800nmで、厚み1.5mmの焼結体に対して、透過率50%以上の透光性を有することを特徴とする12CaO・7Al23化合物焼結体。
【請求項2】水中、または水分を含む溶媒中、もしくは水蒸気を含む気体中で水和反応させた12CaO・7Al23化合物粉体を、成形体化し、酸素分圧104Pa以上、水蒸気分圧102 Pa以下の乾燥酸化雰囲気中で、1200℃から1450℃の温度範囲で焼結することを特徴とする請求項1記載の12CaO・7Al23化合物焼結体の作成方法。
産業区分
  • 窯業
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
ライセンス状況 通常実施権[S03-01]
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 細野透明電子活性プロジェクト 領域
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