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WO2012137628A1 - バリウムチタニル塩及びチタン酸バリウムの製造方法 - Google Patents

バリウムチタニル塩及びチタン酸バリウムの製造方法 Download PDF

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WO2012137628A1
WO2012137628A1 PCT/JP2012/057912 JP2012057912W WO2012137628A1 WO 2012137628 A1 WO2012137628 A1 WO 2012137628A1 JP 2012057912 W JP2012057912 W JP 2012057912W WO 2012137628 A1 WO2012137628 A1 WO 2012137628A1
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WO
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barium
fluid
compound
titanium
solution
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PCT/JP2012/057912
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English (en)
French (fr)
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榎村眞一
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M Technique Co Ltd
Original Assignee
M Technique Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP12768158.3A priority patent/EP2695860B1/en
Priority to KR1020137023553A priority patent/KR101892946B1/ko
Priority to JP2013508819A priority patent/JP5979645B2/ja
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    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
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    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/449Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a barium titanyl salt.
  • Barium titanyl salts typified by barium titanyl oxalate are mainly used as raw materials for barium titanate used in piezoelectric materials, semiconductor materials, dielectric materials, multilayer ceramic capacitor materials, sensors, etc.
  • the method for producing barium titanate includes, for example, a solid phase method represented by heat treatment of a mixed powder of titanium oxide and barium carbonate to obtain barium titanate, or a hydrothermal synthesis method described in Patent Document 1.
  • Sol-gel method using hydrolysis of barium and titanium alkoxides, etc. but from the viewpoint of cost and energy, a method of synthesizing barium titanate by heat-treating the barium titanyl salt is generally used.
  • the oxalic acid method in which barium titanyl oxalate (barium titanyl oxalate) is used as the barium titanyl salt as shown in Patent Document 2 is the most common because of the availability of raw materials and raw materials.
  • barium titanyl oxalate which is a precursor of barium titanate
  • barium titanyl oxalate is a coarse particle, so that a pulverization process is required for atomization. Therefore, the resulting barium titanyl oxalate fine particles often show little crystallinity.
  • the barium titanate obtained by firing such barium titanyl oxalate is likely to become coarser barium titanate again, and the ratio of barium to titanium contained in the barium titanate powder is not uniform or heterogeneous. Sometimes it happens.
  • the applicant of the present application has provided a method for producing fine particles in which a fine particle is precipitated in a thin film fluid flowing between processing surfaces arranged opposite to each other as in Patent Document 3, but the ratio of barium to titanium is There was no specific disclosure of a process for producing controlled barium titanyl salts.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide an excellent method for producing a barium titanyl salt. It is desirable to provide a method for producing fine particles of barium titanyl salt having crystallinity and a controlled ratio of barium and titanium.
  • a barium compound and a titanium compound are disposed between at least two processing surfaces disposed opposite to each other and capable of approaching / separating at least one rotating relative to the other.
  • barium-titanium salt is contained in the barium-titanium mixed solution and / or compound solution and / or the third solvent.
  • the inventors have found that a barium titanyl salt with a ratio of titanium controlled to about 1 can be obtained, and completed the present invention.
  • the invention according to claim 1 of the present application uses at least two kinds of fluids as the fluid to be treated, and at least one kind of the fluid is a barium-titanium mixed solution in which a barium compound and a titanium compound are dissolved in a solvent.
  • the solution is a fluid other than the above, and the at least one fluid is a compound in which at least one compound for precipitating barium and titanium contained in the barium-titanium mixed solution as a barium titanyl salt is dissolved in a solvent.
  • a barium titanyl salt which is a solution, wherein two or more kinds of fluids to be treated are mixed to precipitate a barium titanyl salt
  • at least one kind of acidic substance is the barium-titanium mixed solution and the compound And at least one other different from the above-mentioned barium-titanium mixed solution and the above compound solution
  • at least one of the above-mentioned two or three or more kinds of fluids to be treated which are arranged to face each other and which can be approached and separated from each other.
  • a method for producing a barium titanyl salt wherein the barium titanyl salt is precipitated by mixing in a thin film fluid formed between at least two processing surfaces rotating relative to the other.
  • the invention according to claim 2 of the present application uses at least three kinds of fluids as the fluid to be treated, and at least one of the fluids is a barium solution in which a barium compound is dissolved in a solvent.
  • At least one type of fluid is a titanium solution in which a titanium compound is dissolved in a solvent, and at least one type of fluid other than the above is barium contained in the barium solution and titanium contained in the titanium solution.
  • At least one kind of acidic substance contains the barium solution, the titanium solution, and the compound solution. And at least any one of the barium solution, the titanium solution, and the compound solution, and at least one kind of the solvent, and the three or four or more kinds of fluids to be treated
  • the body is mixed in a thin film fluid between at least two treatment surfaces disposed opposite each other, accessible and disengageable, at least one rotating relative to the other, and the barium titanyl salt is Provided is a method for producing a barium titanyl salt characterized by being precipitated.
  • the invention according to claim 3 of the present application provides the method for producing a barium titanyl salt according to claim 1 or 2, wherein the barium titanyl salt is crystalline.
  • the invention according to claim 4 of the present application is characterized in that the compound is oxalic acid and / or a metal salt of oxalic acid, and the barium titanyl salt obtained is barium titanyl oxalate.
  • a method for producing the barium titanyl salt according to any one of the above is provided.
  • the invention according to claim 5 of the present application is characterized in that barium titanate is produced from the barium titanyl salt produced by the method for producing a barium titanyl salt according to any one of claims 1 to 4. A manufacturing method is provided.
  • a fluid pressure applying mechanism for applying pressure to the fluid to be processed and a first processing surface provided with a first processing surface among the at least two processing surfaces.
  • the processing surface constitutes a part of a sealed flow path through which the fluid to be processed to which the pressure is applied flows, and among the first processing part and the second processing part,
  • At least the second processing portion includes a pressure receiving surface, and at least a part of the pressure receiving surface is constituted by the second processing surface, and the fluid pressure applying mechanism is flowed by the fluid pressure applying mechanism.
  • the second processing surface is separated from the first processing surface under pressure applied to the body. Between the first processing surface and the second processing surface, which generate a force to move in the direction, and which are arranged facing each other and which can be approached and separated, and at least one of which rotates relative to the other.
  • a method for producing a barium titanyl salt in which the fluid to be treated to which the pressure is applied is passed to form the thin film fluid and the barium titanyl salt is precipitated in the thin film fluid. can do.
  • At least any one of the fluids to be processed passes between the processing surfaces while forming the thin film fluid
  • a separate introduction path independent of the flow path through which at least one of the fluids flows is provided, and at least one of the first processing surface and the second processing surface is in the introduction path.
  • At least one opening that communicates, and at least one fluid different from the at least one fluid is introduced between the processing surfaces from the opening, and the fluid to be treated is formed into the thin film. It can be implemented as a method for producing a barium titanyl salt which is mixed in a fluid and deposits barium titanyl salt in the thin film fluid.
  • At least any one of the fluids to be processed passes between the processing surfaces while forming the thin film fluid, At least two separate introduction paths that are independent of the flow path through which at least one of the fluids flows, the at least two separate introduction paths are independent from each other, and the first processing surface and At least one of the second processing surfaces includes an opening that communicates separately for each of the at least two separate introduction paths, and the remaining fluid to be processed that is different from the at least one kind of fluid is A method for producing a barium titanyl salt which is introduced between the processing surfaces through separate openings, the fluid to be treated is mixed in the thin film fluid, and barium titanyl salt is precipitated in the thin film fluid; It can be carried out Te.
  • a barium titanyl salt in which the ratio of barium to titanium is controlled to be approximately 1 can be performed more easily, at lower energy, and at a lower cost, and is particularly suitable as a raw material for barium titanate.
  • Barium titanyl salt can be provided inexpensively and stably. Moreover, since barium titanyl salt can be easily produced as fine particles, barium titanyl salt fine particles can be provided according to the purpose.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fluid processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • A is a schematic plan view of a first processing surface of the fluid processing apparatus shown in FIG. 1, and
  • B) is an enlarged view of a main part of the processing surface of the apparatus.
  • A) is sectional drawing of the 2nd introducing
  • B) is the principal part enlarged view of the processing surface for demonstrating the 2nd introducing
  • It is a TEM photograph of barium titanyl oxalate produced in Example 1 of the present invention. It is an XRD chart which shows the XRD measurement result of the barium titanyl oxalate produced in Example 1, 5, 6 of this invention.
  • Examples of the compound for producing the barium titanyl salt in the present invention include oxalic acid, succinic acid, citric acid, and metal salts thereof (Na salt, K salt, etc.). Acid and / or metal salts of oxalic acid are preferred. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the barium compound and titanium compound for producing the barium titanyl salt are not particularly limited, but barium and titanium metal (single), or barium and titanium nitrate, nitrite, sulfate, sulfite, formate And acetate, phosphate, phosphite, hypophosphite and chloride, oxy salt and acetylacetonate salt, barium and titanium hydroxide and oxide, hydroxide oxide, Examples thereof include organic compounds such as barium alkoxide and titanium alkoxide. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • barium titanyl salt in the present invention examples include barium titanyl oxalate, barium titanyl succinate, barium titanyl citrate and the like.
  • barium titanyl oxalate is preferable from the viewpoint of production cost.
  • the ratio (mol ratio) between barium and titanium contained in the barium titanyl salt in the present invention is about 1, preferably 0.9 to 1.1.
  • strontium titanate, zinc titanate, barium zirconate, magnesium zirconate, or the like can be easily obtained from the present invention Can be produced.
  • the doping element is not particularly limited, and can include all elements on the chemical periodic table.
  • strontium calcium Preferred are alkaline earth metals such as, rare earth metals such as yttrium, neodymium, samarium and dysprosium, and zinc.
  • the doping element can also be used as a compound such as a salt or an organic compound in addition to the doping element alone, similarly to the barium compound and titanium compound.
  • Examples of the solvent for dissolving the above compound, barium compound, titanium compound, and if necessary, a doping element or a compound containing a doping element include water, an organic solvent, or a mixed solvent composed of a plurality of them.
  • Examples of the water include tap water, ion-exchanged water, pure water, ultrapure water, and RO water.
  • Examples of the organic solvent include alcohol compound solvents, amide compound solvents, ketone compound solvents, ether compound solvents, and aromatic compounds.
  • Examples include solvents, carbon disulfide, aliphatic compound solvents, nitrile compound solvents, sulfoxide compound solvents, halogen compound solvents, ester compound solvents, ionic liquids, carboxylic acid compounds, and sulfonic acid compounds.
  • solvents carbon disulfide, aliphatic compound solvents, nitrile compound solvents, sulfoxide compound solvents, halogen compound solvents, ester compound solvents, ionic liquids, carboxylic acid compounds, and sulfonic acid compounds.
  • Each of the above solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the present invention can be carried out by mixing or dissolving a basic substance or an acidic substance in the above solvent within a range that does not adversely affect the precipitation of barium titanyl salt.
  • basic substances include metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, metal alkoxides such as sodium methoxide and sodium isopropoxide, and amine compounds such as triethylamine, 2-diethylaminoethanol and diethylamine. Can be mentioned.
  • acidic substances include inorganic acids such as aqua regia, hydrochloric acid, nitric acid, fuming nitric acid, sulfuric acid and fuming sulfuric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, chloroacetic acid, dichloroacetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid and trichloroacetic acid. It is done.
  • These basic substances or acidic substances can be carried out by mixing with various solvents as described above, or can be used alone.
  • alcohol compound solvents include linear alcohols such as methanol, ethanol, n-butanol and n-propanol, branched alcohols such as isopropanol, 2-butanol and tert-butanol, and ethylene. And polyhydric alcohols such as glycol and diethylene glycol.
  • the ketone compound solvent include acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone.
  • ether compound solvent include dimethyl ether, diethyl ether, tetrahydrofuran, propylene glycol monomethyl ether, and the like.
  • Examples of the aromatic compound solvent include nitrobenzene, chlorobenzene, and dichlorobenzene.
  • Examples of the aliphatic compound solvent include hexane.
  • Examples of the nitrile compound solvent include acetonitrile.
  • Examples of the sulfoxide compound solvent include dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, hexamethylene sulfoxide, sulfolane and the like.
  • Examples of the halogen compound solvent include chloroform, dichloromethane, trichloroethylene, iodoform, and the like.
  • ester compound solvent examples include ethyl acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, 2- (1-methoxy) propyl acetate and the like.
  • ionic liquid examples include a salt of 1-butyl-3-methylimidazolium and PF6- (hexafluorophosphate ion).
  • Examples of the amide compound solvent include N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 2-pyrrolidinone, ⁇ -caprolactam, formamide, N -Methylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpropanamide, hexamethylphosphoric triamide and the like.
  • Examples of the carboxylic acid compound include 2,2-dichloropropionic acid and squaric acid.
  • Examples of the sulfonic acid compound include methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, chlorosulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and the like.
  • a compound solution, a barium solution, a titanium solution, a barium-titanium mixed solution, using the above compound, barium compound or titanium compound, if necessary, a compound containing a doping element or a doping element and the above solvent, If necessary, a solution in which the doping element is dissolved in a solvent is prepared.
  • mixing of the titanium solution and the compound solution is not preferable because insoluble titanium salt may be precipitated depending on the order of mixing, etc., but may be mixed to such an extent that the implementation of the present invention is not impossible. Can be implemented.
  • the barium-titanium mixed solution and the compound solution are mixed to precipitate the barium titanyl salt, an acidic substance is contained in at least one of the barium-titanium mixed solution and the compound solution.
  • the ratio (mol ratio) between barium and titanium contained in the precipitated barium titanyl salt can be set to about 1.
  • the ratio (mol ratio) of barium and titanium contained in the precipitated barium titanyl salt can be made approximately 1.
  • a barium-titanium salt when a barium-titanium salt is precipitated by mixing a barium-titanium mixed solution (or barium solution and titanium solution) and a compound solution, a fluid containing an acidic substance and a barium-titanium mixed solution (or The barium titanyl salt that precipitates even when all of the barium titanyl salt and the compound solution are mixed immediately before the process of depositing the barium titanyl salt using separate independent channels as described later. It is possible to make the ratio (mol ratio) of barium and titanium contained in 1 approximately 1.
  • the acidic substance in the present invention is not particularly limited, and those similar to those listed above can be used, and nitric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid are preferable, and nitric acid is particularly preferable.
  • the barium-titanium salt obtained by mixing the barium-titanium mixed solution, barium solution, titanium solution, compound solution, and the barium-titanium mixed solution (or barium solution and titanium solution) and the compound solution.
  • the reaction solution containing is preferably acidic, more preferably pH ⁇ 3, and even more preferably pH ⁇ 1.
  • mixing of the barium-titanium mixed solution (or barium solution and titanium solution) and the compound solution is arranged so as to face each other so as to be able to approach and leave, and at least one is relatively relative to the other. It is preferable to carry out by using a method of stirring and mixing uniformly in a thin film fluid formed between rotating processing surfaces.
  • a device for example, a device having the same principle as that described in Patent Document 3 by the applicant of the present application can be used. By using the apparatus of such a principle, it is possible to produce barium titanyl salt fine particles uniformly and uniformly.
  • the fluid processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3 is the same as the apparatus described in Patent Document 3, and between the processing surfaces in the processing unit in which at least one of which can be approached / separated rotates relative to the other.
  • the first fluid, which is the first fluid to be treated, of the fluids to be treated is introduced between the processing surfaces and is independent of the flow path into which the fluid is introduced.
  • the second fluid which is the second fluid to be processed, is introduced between the processing surfaces from another flow path having an opening communicating between the processing surfaces.
  • the first fluid and the second fluid are mixed and stirred.
  • U indicates the upper side
  • S indicates the lower side.
  • the upper, lower, front, rear, left and right only indicate a relative positional relationship, and do not specify an absolute position.
  • R indicates the direction of rotation.
  • C indicates the centrifugal force direction (radial direction).
  • This apparatus uses at least two kinds of fluids as a fluid to be treated, and at least one kind of fluid includes at least one kind of an object to be treated and is opposed to each other so as to be able to approach and separate.
  • a processing surface at least one of which rotates with respect to the other, and the above-mentioned fluids are merged between these processing surfaces to form a thin film fluid.
  • An apparatus for processing an object to be processed As described above, this apparatus can process a plurality of fluids to be processed, but can also process a single fluid to be processed.
  • This fluid processing apparatus includes first and second processing units 10 and 20 that face each other, and at least one of the processing units rotates.
  • the opposing surfaces of both processing parts 10 and 20 are processing surfaces.
  • the first processing unit 10 includes a first processing surface 1
  • the second processing unit 20 includes a second processing surface 2.
  • Both the processing surfaces 1 and 2 are connected to the flow path of the fluid to be processed and constitute a part of the flow path of the fluid to be processed.
  • the distance between the processing surfaces 1 and 2 can be changed as appropriate, but is usually adjusted to 1 mm or less, for example, a minute distance of about 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the fluid to be processed that passes between the processing surfaces 1 and 2 becomes a forced thin film fluid forced by the processing surfaces 1 and 2.
  • the apparatus When a plurality of fluids to be processed are processed using this apparatus, the apparatus is connected to the flow path of the first fluid to be processed and forms a part of the flow path of the first fluid to be processed. At the same time, a part of the flow path of the second fluid to be treated is formed separately from the first fluid to be treated. And this apparatus performs processing of fluid, such as making both flow paths merge and mixing both the to-be-processed fluids between the processing surfaces 1 and 2, and making it react.
  • “treatment” is not limited to a form in which the object to be treated reacts, but also includes a form in which only mixing and dispersion are performed without any reaction.
  • the first holder 11 that holds the first processing portion 10 the second holder 21 that holds the second processing portion 20, a contact pressure applying mechanism, a rotation drive mechanism, A first introduction part d1, a second introduction part d2, and a fluid pressure imparting mechanism p are provided.
  • the first processing portion 10 is an annular body, more specifically, a ring-shaped disk.
  • the second processing unit 20 is also a ring-shaped disk.
  • the first and second processing parts 10 and 20 are made of metal, ceramic, sintered metal, wear-resistant steel, sapphire, other metals subjected to hardening treatment, hard material lining or coating, It is possible to adopt a material with plating applied.
  • at least a part of the first and second processing surfaces 1 and 2 facing each other is mirror-polished in the processing units 10 and 20.
  • the surface roughness of this mirror polishing is not particularly limited, but is preferably Ra 0.01 to 1.0 ⁇ m, more preferably Ra 0.03 to 0.3 ⁇ m.
  • At least one of the holders can be rotated relative to the other holder by a rotational drive mechanism (not shown) such as an electric motor.
  • Reference numeral 50 in FIG. 1 denotes a rotation shaft of the rotation drive mechanism.
  • the first holder 11 attached to the rotation shaft 50 rotates and is used for the first processing supported by the first holder 11.
  • the unit 10 rotates with respect to the second processing unit 20.
  • the second processing unit 20 may be rotated, or both may be rotated.
  • the first and second holders 11 and 21 are fixed, and the first and second processing parts 10 and 20 are rotated with respect to the first and second holders 11 and 21. May be.
  • At least one of the first processing unit 10 and the second processing unit 20 can be approached / separated from at least either one, and both processing surfaces 1 and 2 can be approached / separated. .
  • the second processing unit 20 approaches and separates from the first processing unit 10, and the second processing unit 20 is disposed in the storage unit 41 provided in the second holder 21. It is housed in a hauntable manner.
  • the first processing unit 10 may approach or separate from the second processing unit 20, and both the processing units 10 and 20 may approach or separate from each other. It may be a thing.
  • the accommodating portion 41 is a concave portion that mainly accommodates a portion of the second processing portion 20 on the side opposite to the processing surface 2 side, and is a groove that has a circular shape, that is, is formed in an annular shape in plan view. .
  • the accommodating portion 41 accommodates the second processing portion 20 with a sufficient clearance that allows the second processing portion 20 to rotate.
  • the second processing unit 20 may be arranged so that only the parallel movement in the axial direction is possible, but by increasing the clearance, the second processing unit 20
  • the center line of the processing part 20 may be inclined and displaced so as to break the relationship parallel to the axial direction of the storage part 41. Further, the center line of the second processing part 20 and the storage part 41 may be displaced. The center line may be displaced so as to deviate in the radial direction. As described above, it is desirable to hold the second processing unit 20 by the floating mechanism that holds the three-dimensionally displaceably.
  • the above-described fluid to be treated is subjected to both treatment surfaces from the first introduction part d1 and the second introduction part d2 in a state where pressure is applied by a fluid pressure application mechanism p configured by various pumps, potential energy, and the like. It is introduced between 1 and 2.
  • the first introduction part d1 is a passage provided in the center of the annular second holder 21, and one end of the first introduction part d1 is formed on both processing surfaces from the inside of the annular processing parts 10, 20. It is introduced between 1 and 2.
  • the second introduction part d2 supplies the second processing fluid to be reacted with the first processing fluid to the processing surfaces 1 and 2.
  • the second introduction part d ⁇ b> 2 is a passage provided inside the second processing part 20, and one end thereof opens at the second processing surface 2.
  • the first fluid to be processed that has been pressurized by the fluid pressure imparting mechanism p is introduced from the first introduction part d1 into the space inside the processing parts 10 and 20, and the first processing surface 1 and the second processing surface 2 are supplied. It passes between the processing surfaces 2 and tries to pass outside the processing portions 10 and 20. Between these processing surfaces 1 and 2, the second fluid to be treated pressurized by the fluid pressure applying mechanism p is supplied from the second introduction part d 2, merged with the first fluid to be treated, and mixed.
  • the above-mentioned contact surface pressure applying mechanism applies a force that acts in a direction in which the first processing surface 1 and the second processing surface 2 approach each other to the processing portion.
  • the contact pressure applying mechanism is provided in the second holder 21 and biases the second processing portion 20 toward the first processing portion 10.
  • the contact surface pressure applying mechanism is a force that pushes in a direction in which the first processing surface 1 of the first processing unit 10 and the second processing surface 2 of the second processing unit 20 approach (hereinafter referred to as contact pressure). It is a mechanism for generating.
  • a thin film fluid having a minute film thickness of nm to ⁇ m is generated by the balance between the contact pressure and the force for separating the processing surfaces 1 and 2 such as fluid pressure. In other words, the distance between the processing surfaces 1 and 2 is kept at a predetermined minute distance by the balance of the forces.
  • the contact surface pressure applying mechanism is arranged between the accommodating portion 41 and the second processing portion 20.
  • a spring 43 that biases the second processing portion 20 in a direction approaching the first processing portion 10 and a biasing fluid introduction portion 44 that introduces a biasing fluid such as air or oil.
  • the contact surface pressure is applied by the spring 43 and the fluid pressure of the biasing fluid. Any one of the spring 43 and the fluid pressure of the urging fluid may be applied, and other force such as magnetic force or gravity may be used.
  • the second processing unit 20 causes the first treatment by the separation force generated by the pressure or viscosity of the fluid to be treated which is pressurized by the fluid pressure imparting mechanism p against the bias of the contact surface pressure imparting mechanism.
  • the first processing surface 1 and the second processing surface 2 are set with an accuracy of ⁇ m by the balance between the contact surface pressure and the separation force, and the minute distance between the processing surfaces 1 and 2 is set. Is set.
  • the separation force the fluid pressure and viscosity of the fluid to be processed, the centrifugal force due to the rotation of the processing portion, the negative pressure when the urging fluid introduction portion 44 is negatively applied, and the spring 43 are pulled.
  • the force of the spring when it is used as a spring can be mentioned.
  • This contact surface pressure imparting mechanism may be provided not in the second processing unit 20 but in the first processing unit 10 or in both.
  • the second processing unit 20 has the second processing surface 2 and the inside of the second processing surface 2 (that is, the first processing surface 1 and the second processing surface 2).
  • a separation adjusting surface 23 is provided adjacent to the second processing surface 2 and located on the entrance side of the fluid to be processed between the processing surface 2 and the processing surface 2.
  • the separation adjusting surface 23 is implemented as an inclined surface, but may be a horizontal surface.
  • the pressure of the fluid to be processed acts on the separation adjusting surface 23 to generate a force in a direction in which the second processing unit 20 is separated from the first processing unit 10. Accordingly, the pressure receiving surfaces for generating the separation force are the second processing surface 2 and the separation adjusting surface 23.
  • the proximity adjustment surface 24 is formed on the second processing portion 20.
  • the proximity adjustment surface 24 is a surface opposite to the separation adjustment surface 23 in the axial direction (upper surface in FIG. 1), and the pressure of the fluid to be processed acts on the second processing portion 20. A force is generated in a direction that causes the first processing unit 10 to approach the first processing unit 10.
  • the pressure of the fluid to be processed that acts on the second processing surface 2 and the separation adjusting surface 23, that is, the fluid pressure, is understood as a force constituting an opening force in the mechanical seal.
  • the projected area A1 of the proximity adjustment surface 24 projected on a virtual plane orthogonal to the approaching / separating direction of the processing surfaces 1 and 2, that is, the protruding and protruding direction (axial direction in FIG. 1) of the second processing unit 20 The area ratio A1 / A2 of the total area A2 of the projected areas of the second processing surface 2 and the separation adjusting surface 23 of the second processing unit 20 projected onto the virtual plane is called a balance ratio K. This is important for the adjustment of the opening force.
  • the opening force can be adjusted by the pressure of the fluid to be processed, that is, the fluid pressure, by changing the balance line, that is, the area A1 of the adjustment surface 24 for proximity.
  • P1 represents the pressure of the fluid to be treated, that is, the fluid pressure
  • K represents the balance ratio
  • k represents the opening force coefficient
  • Ps represents the spring and back pressure
  • the proximity adjustment surface 24 may be implemented with a larger area than the separation adjustment surface 23.
  • the fluid to be processed becomes a thin film fluid forced by the two processing surfaces 1 and 2 holding the minute gaps, and tends to move to the outside of the annular processing surfaces 1 and 2.
  • the mixed fluid to be processed does not move linearly from the inside to the outside of the two processing surfaces 1 and 2, but instead has an annular radius.
  • a combined vector of the movement vector in the direction and the movement vector in the circumferential direction acts on the fluid to be processed and moves in a substantially spiral shape from the inside to the outside.
  • the rotating shaft 50 is not limited to what was arrange
  • At least one of the first and second processing parts 10 and 20 may be cooled or heated to adjust the temperature.
  • the first and second processing parts 10 and 10 are adjusted.
  • 20 are provided with temperature control mechanisms (temperature control mechanisms) J1, J2.
  • the temperature of the introduced fluid to be treated may be adjusted by cooling or heating. These temperatures can also be used for the deposition of the treated material, and also to generate Benard convection or Marangoni convection in the fluid to be treated between the first and second processing surfaces 1 and 2. May be set.
  • a groove-like recess 13 extending from the center side of the first processing portion 10 to the outside, that is, in the radial direction is formed on the first processing surface 1 of the first processing portion 10. May be implemented.
  • the planar shape of the recess 13 is curved or spirally extending on the first processing surface 1, or is not shown, but extends straight outward, L It may be bent or curved into a letter shape or the like, continuous, intermittent, or branched.
  • the recess 13 can be implemented as one formed on the second processing surface 2, and can also be implemented as one formed on both the first and second processing surfaces 1, 2.
  • the base end of the recess 13 reaches the inner periphery of the first processing unit 10.
  • the tip of the recess 13 extends toward the outer peripheral surface of the first processing surface 1, and the depth (cross-sectional area) gradually decreases from the base end toward the tip.
  • a flat surface 16 without the recess 13 is provided between the tip of the recess 13 and the outer peripheral surface of the first processing surface 1.
  • the opening d20 of the second introduction part d2 is provided in the second processing surface 2, it is preferably provided at a position facing the flat surface 16 of the facing first processing surface 1.
  • the opening d20 is desirably provided on the downstream side (outside in this example) from the concave portion 13 of the first processing surface 1. In particular, it is installed at a position facing the flat surface 16 on the outer diameter side from the point where the flow direction when introduced by the micropump effect is converted into a laminar flow direction in a spiral shape formed between the processing surfaces. It is desirable to do. Specifically, in FIG. 2B, the distance n in the radial direction from the outermost position of the recess 13 provided in the first processing surface 1 is preferably about 0.5 mm or more. In particular, when nano-particles that are nano-sized particles are deposited from a fluid, it is desirable that a plurality of fluids to be treated and the nanoparticles be deposited under laminar flow conditions.
  • the second introduction part d2 can have directionality.
  • the introduction direction from the opening d20 of the second processing surface 2 is inclined with respect to the second processing surface 2 at a predetermined elevation angle ( ⁇ 1).
  • the elevation angle ( ⁇ 1) is set to be more than 0 degrees and less than 90 degrees, and in the case of a reaction with a higher reaction rate, it is preferably set at 1 to 45 degrees.
  • the introduction direction from the opening d ⁇ b> 20 of the second processing surface 2 has directionality in the plane along the second processing surface 2.
  • the introduction direction of the second fluid is a component in the radial direction of the processing surface that is an outward direction away from the center and a component with respect to the rotation direction of the fluid between the rotating processing surfaces. Is forward.
  • a line segment in the radial direction passing through the opening d20 and extending outward is defined as a reference line g and has a predetermined angle ( ⁇ 2) from the reference line g to the rotation direction R. This angle ( ⁇ 2) is also preferably set to more than 0 degree and less than 90 degrees.
  • This angle ( ⁇ 2) can be changed and implemented in accordance with various conditions such as the type of fluid, reaction speed, viscosity, and rotational speed of the processing surface.
  • the second introduction part d2 may not have any directionality.
  • the number of fluids to be treated and the number of flow paths are two, but may be one, or may be three or more.
  • the second fluid is introduced between the processing surfaces 1 and 2 from the second introduction part d2, but this introduction part may be provided in the first processing part 10 or provided in both. Good. Moreover, you may prepare several introduction parts with respect to one type of to-be-processed fluid.
  • the shape, size, and number of the opening for introduction provided in each processing portion are not particularly limited, and can be appropriately changed. Further, an opening for introduction may be provided immediately before or between the first and second processing surfaces 1 and 2 or further upstream.
  • the second fluid is introduced from the first introduction part d1 and the first fluid is introduced from the second introduction part d2, contrary to the above. May be introduced.
  • the expressions “first” and “second” in each fluid have only an implication for identification that they are the nth of a plurality of fluids, and a third or higher fluid may exist.
  • reactions such as precipitation / precipitation or crystallization are arranged so as to be able to approach and separate from each other, and at least one of the processing surfaces 1 rotates with respect to the other. Occurs with forcible uniform mixing between the two.
  • the particle size and monodispersity of the processed material to be processed are the rotational speed and flow velocity of the processing units 10 and 20, the distance between the processing surfaces, the raw material concentration of the processed fluid, or the solvent type of the processed fluid. It can control by adjusting etc. suitably.
  • At least one kind of the first fluid is disposed in the thin film fluid disposed between the processing surfaces which are disposed so as to be able to approach and separate from each other and at least one of which rotates relative to the other.
  • a compound solution in which the compound is dissolved in a solvent and a barium-titanium mixed solution in which at least one of a barium compound and a titanium compound is dissolved as a second fluid are mixed to precipitate a barium titanyl salt.
  • at least one of the first fluid and the second fluid contains an acidic substance.
  • the barium titanyl salt precipitation reaction described above is forced between the processing surfaces 1 and 2 of the apparatus shown in FIG. Occurs with uniform mixing.
  • the compound solution as the first fluid is disposed so as to be able to approach and separate from each other, and at least one of the processing surfaces 1 rotates with respect to the other.
  • the first fluid film which is a thin film fluid composed of the first fluid, is formed between the processing surfaces.
  • the barium-titanium mixed solution is directly introduced as a second fluid into the first fluid film formed between the processing surfaces 1 and 2 from the second introduction part d2 which is a separate flow path.
  • the first fluid and the second fluid are disposed between the processing surfaces 1 and 2 whose distance is fixed by the pressure balance between the supply pressure of the fluid to be processed and the pressure applied between the rotating processing surfaces.
  • the barium titanyl salt can be precipitated.
  • the second fluid is introduced from the first introduction part d1 and the first fluid is introduced from the second introduction part d2, contrary to the above. May be introduced.
  • the expressions “first” and “second” in each fluid have only an implication for identification that they are the nth of a plurality of fluids, and a third or higher fluid may exist.
  • a third introduction part can be provided in the processing apparatus.
  • a compound as a first fluid can be provided from each introduction part. It is possible to separately introduce a solution, a barium-titanium mixed solution as the second fluid, and a fluid containing an acidic substance as the third fluid, respectively.
  • the acidic substance only needs to be contained in at least the third fluid, and may be contained in at least one of the first fluid and the second fluid. It does not need to be included in both of the second fluids.
  • the processing apparatus is further provided with a fourth introduction unit, for example, from each introduction unit, a compound solution as a first fluid, a barium solution in which a barium compound is dissolved in a solvent as a second fluid, and a third fluid as A titanium solution obtained by dissolving a titanium compound in a solvent and a fluid containing an acidic substance as the fourth fluid can be separately introduced into the apparatus.
  • the acidic substance only needs to be contained in at least the fourth fluid, and may be contained in at least one of the first to third fluids.
  • the first fluid and the second fluid It does not need to be contained in either the fluid or the third fluid.
  • concentration and pressure of each solution can be managed separately, and precipitation reaction, stabilization of the particle diameter of microparticles
  • the combination of fluids to be processed (first fluid to fourth fluid) to be introduced into each introduction portion can be arbitrarily set. The same applies to the case where the fifth or more introduction portions are provided, and the fluid to be introduced into the processing apparatus can be subdivided in this way. Further, the temperature of the fluid to be treated such as the first and second fluids is controlled, or the temperature difference between the first fluid and the second fluid (ie, the temperature difference between the fluids to be treated to be supplied) is determined. It can also be controlled.
  • each processed fluid In order to control the temperature and temperature difference of each processed fluid to be supplied, the temperature of each processed fluid (processing device, more specifically, the temperature immediately before being introduced between the processing surfaces 1 and 2) is measured. It is also possible to add a mechanism for heating or cooling each fluid to be processed introduced between the processing surfaces 1 and 2.
  • a barium titanyl salt in which the ratio of barium to titanium is controlled to be approximately 1 can be produced more easily, at lower energy, and at a lower cost.
  • the particle size is not particularly problematic. Therefore, the present invention should not be limitedly understood by the particle diameter of the obtained particles, and particles smaller than the distance between the processing surfaces 1 and 2 can be obtained, and the average particle diameter is less than 1 ⁇ m. It may be a nano fine particle or a particle having a larger particle diameter.
  • “from the center” means “from the first introduction part d1” of the processing apparatus shown in FIG. 1, and the first fluid is introduced from the first introduction part d1.
  • the first fluid to be treated refers to the second fluid to be treated, which is introduced from the second introduction part d2 of the treatment apparatus shown in FIG.
  • ICP emission spectroscopy For ICP emission spectroscopic analysis, ICPS-8100 (sequential type) manufactured by Shimadzu Corporation was used to measure the concentration (mol concentration) of barium (Ba) and titanium (Ti) for the obtained fine particle powder. did.
  • Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4 As Embodiments 1 to 6, as shown in FIG. 1, between processing surfaces 1 and 2 having processing surfaces which are disposed opposite to each other and are capable of approaching / separating, at least one of which rotates relative to the other.
  • the compound solution and the barium-titanium mixed solution are mixed in a thin film fluid using a reactor that uniformly diffuses, agitates, and mixes, and a precipitation reaction is performed in the thin film fluid.
  • the first fluid and the second fluid were mixed in a thin film fluid, and barium titanyl oxalate fine particles were precipitated and discharged from the processing surface as a barium titanyl oxalate fine particle dispersion.
  • the barium titanyl oxalate fine particles were loosely aggregated, collected with a filter cloth having a diameter of 1 ⁇ m, and washed with pure water.
  • the finally obtained barium titanyl oxalate paste was vacuum dried at 50 ° C. and ⁇ 0.1 MPaG.
  • the obtained barium titanyl oxalate fine particle powder was subjected to XRD measurement and ICP measurement.
  • FIG. 5 shows the XRD measurement results of the barium titanyl oxalate fine particles produced in Examples 1, 5 and 6.

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Abstract

 優れたバリウムチタニル塩の製造方法を提供することを課題とする。 被処理流動体として少なくとも2種類の流体を用い、そのうちで少なくとも1種類の流体はバリウム化合物とチタン化合物が溶媒に溶解されたバリウム-チタン混合溶液であり、上記以外の流体で少なくとも1種類の流体はバリウム-チタン混合溶液に含まれるバリウムとチタンとをバリウムチタニル塩として析出させるための化合物が溶媒に溶解された化合物溶液であり、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して回転する少なくとも2つの処理用面1,2間にできる薄膜流体中で被処理流動体を混合し、バリウムチタニル塩を析出させる。その際、バリウム-チタン混合溶液と、化合物溶液と、バリウム-チタン混合溶液及び化合物溶液以外の第3の溶媒との、少なくとも何れか1種に酸性物質を含むことにより、バリウムとチタンの比率が制御されたバリウムチタニル塩を得る。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称] バリウムチタニル塩及びチタン酸バリウムの製造方法
 本発明は、バリウムチタニル塩の製造方法に関する。
 シュウ酸バリウムチタニルに代表されるバリウムチタニル塩は、主に圧電体材料、半導体材料、誘電体材料、積層セラミックコンデンサー用材料、センサー等に用いられるチタン酸バリウムの原料に用いられており、そのようなチタン酸バリウムには、微粒子であること並びにチタン酸バリウムに含まれるバリウム(Ba)とチタン(Ti)との比率(mol比)が均一に保たれていることが要求される(Ba/Ti=略1)。
 チタン酸バリウムの製造方法には、例えば、酸化チタンと炭酸バリウムの混合粉末を熱処理してチタン酸バリウムを得ることに代表される固相法や特許文献1に記載されたような水熱合成法、バリウム並びにチタンのアルコキシドの加水分解を用いたゾルゲル法などがあるが、コスト面やエネルギーの観点から、上記バリウムチタニル塩を熱処理してチタン酸バリウムを合成する方法が一般的であり、コスト面や原料入手の簡易さからも特許文献2に示されるようなバリウムチタニル塩にシュウ酸バリウムチタニル(バリウムチタニルシュウ酸塩)を用いるシュウ酸法が最も一般的である。
 しかし、一般的にシュウ酸法を用いてチタン酸バリウム微粒子を合成する場合、チタン酸バリウムの前駆体であるシュウ酸バリウムチタニルが粗大な粒子であることにより、微粒化には粉砕処理を必要とするため、得られるシュウ酸バリウムチタニル微粒子が殆ど結晶性を示さない場合が多い。そのようなシュウ酸バリウムチタニルを焼成して得られたチタン酸バリウムは、再度粗大なチタン酸バリウムとなり易く、且つ含まれるバリウムとチタンとの比率が、チタン酸バリウム粉末全体において不均一または不均質と為る場合がある。
 本願出願人によって、特許文献3のような、対向して配位された処理用面間に流れる薄膜流体において微粒子の析出を行う微粒子の製造方法が提供されたが、バリウムとチタンとの比率を制御されたバリウムチタニル塩を製造する方法について具体的には開示されていなかった。
特開2010-173932号公報 特開2004-123431号公報 国際公開WO2009/008393号パンフレット
 本発明は、上記の問題を解決するものであり、その目的は優れたバリウムチタニル塩の製造方法を提供する事である。望ましくは、結晶性を有し、かつバリウムとチタンとの比率を制御されたバリウムチタニル塩微粒子の製造方法の提供を図らんとするものである。
 本発明者は、鋭意検討の結果、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する少なくとも2つの処理用面間において、バリウム化合物とチタン化合物とを溶解したバリウム-チタン混合溶液と、バリウム-チタン混合溶液に含まれるバリウムとチタンとをバリウムチタニル塩として析出させるための化合物溶液と、必要に応じて加えられる第3の溶媒を含む流体を被処理流動体として混合し、バリウムチタニル塩として析出させる際に、少なくとも1種類の酸性物質を、上記バリウム-チタン混合溶液及び/又は化合物溶液及び/又は第3の溶媒に含む事によって、バリウムとチタンとの比率を略1に制御されたバリウムチタニル塩が得られる事を見出し、本発明を完成させた。
 本願の請求項1に係る発明は、被処理流動体として少なくとも2種類の流体を用いるものであり、そのうちで少なくとも1種類の流体は、バリウム化合物及びチタン化合物が溶媒に溶解されたバリウム-チタン混合溶液であり、上記以外の流体で少なくとも1種類の流体は、上記バリウム-チタン混合溶液に含まれるバリウムとチタンとをバリウムチタニル塩として析出させるための少なくとも1種類の化合物が溶媒に溶解された化合物溶液であり、上記の2種以上の被処理流動体を混合し、バリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法において、少なくとも1種類の酸性物質が、上記バリウム-チタン混合溶液と、上記化合物溶液と、上記バリウム-チタン混合溶液とも上記化合物溶液とも異なるさらに他の少なくとも1種類の溶媒との、少なくとも何れか1種に含まれるものであって、上記2種または3種以上の被処理流動体を、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する少なくとも2つの処理用面の間にできる薄膜流体中で混合し、バリウムチタニル塩を析出させる事を特徴とするバリウムチタニル塩の製造方法を提供する。
 本願の請求項2に係る発明は、被処理流動体として少なくとも3種類の流体を用いるものであり、そのうちで少なくとも1種類の流体は、バリウム化合物が溶媒に溶解されたバリウム溶液であり、上記以外の流体で少なくとも1種類の流体は、チタン化合物が溶媒に溶解されたチタン溶液であり、上記以外の流体で少なくとも1種類の流体は、上記バリウム溶液に含まれるバリウムと上記チタン溶液に含まれるチタンとをバリウムチタニル塩として析出させるための少なくとも1種類の化合物が溶媒に溶解された化合物溶液であり、上記の3種以上の被処理流動体を混合し、バリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法において、少なくとも1種類の酸性物質が、上記バリウム溶液と、上記チタン溶液と、上記化合物溶液と、上記バリウム溶液とも上記チタン溶液とも上記化合物溶液とも異なるさらに他の少なくとも1種類の溶媒との、少なくとも何れか1種に含まれるものであって、上記3種または4種以上の被処理流動体を、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する少なくとも2つの処理用面の間にできる薄膜流体中で混合し、バリウムチタニル塩を析出させる事を特徴とするバリウムチタニル塩の製造方法を提供する。
 本願の請求項3に係る発明は、上記バリウムチタニル塩が、結晶性であることを特徴とする請求項1または2に記載のバリウムチタニル塩の製造方法を提供する。
 本願の請求項4に係る発明は、上記化合物が、シュウ酸及び/またはシュウ酸の金属塩であり、得られるバリウムチタニル塩がシュウ酸バリウムチタニルである事を特徴とする請求項1~3の何れかに記載のバリウムチタニル塩の製造方法を提供する。
 本願の請求項5に係る発明は、請求項1~4の何れかに記載のバリウムチタニル塩の製造方法によって製造されたバリウムチタニル塩からチタン酸バリウムを製造することを特徴とするチタン酸バリウムの製造方法を提供する。
 上記本発明の実施の態様の単なる一例を示せば、被処理流動体に圧力を付与する流体圧付与機構と、上記少なくとも2つの処理用面のうち第1処理用面を備えた第1処理用部と、上記少なくとも2つの処理用面のうち第2処理用面を備えた第2処理用部とを備え、これらの処理用部を相対的に回転させる回転駆動機構とを備え、上記の各処理用面は、上記の圧力が付与された被処理流動体が流される、密封された流路の一部を構成するものであり、上記第1処理用部と第2処理用部のうち、少なくとも第2処理用部は受圧面を備えるものであり、且つ、この受圧面の少なくとも一部が上記第2処理用面により構成され、この受圧面は、上記の流体圧付与機構が被処理流動体に付与する圧力を受けて第1処理用面から第2処理用面を離反させる方向に移動させる力を発生させ、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する第1処理用面と第2処理用面との間に上記の圧力が付与された被処理流動体が通されることにより、上記被処理流動体が上記薄膜流体を形成し、この薄膜流体中においてバリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法として実施することができる。
 また、上記本発明の実施の態様の単なる一例を示せば、上記の被処理流動体のうちの少なくともいずれか1種の流体が上記薄膜流体を形成しながら上記両処理用面間を通過し、上記少なくともいずれか1種の流体が流される流路とは独立した別途の導入路を備えており、上記第1処理用面と第2処理用面の少なくとも何れか一方が、上記の導入路に通じる開口部を少なくとも一つ備え、上記少なくともいずれか1種の流体とは異なる少なくとも1種の流体を、上記開口部から上記処理用面の間に導入し、上記の被処理流動体を上記薄膜流体中で混合し、この薄膜流体中においてバリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法として実施することができる。
 さらに、上記本発明の実施の態様の単なる一例を示せば、上記の被処理流動体のうち少なくともいずれか1種の流体が上記薄膜流体を形成しながら上記両処理用面間を通過し、上記少なくともいずれか1種の流体が流される流路とは独立した別途の導入路を少なくとも2つ備えており、この少なくとも2つの別途の導入路は互いに独立しており、上記第1処理用面と第2処理用面の少なくとも何れか一方が、上記少なくとも2つの別途の導入路毎に別々に通じる開口部を備え、上記少なくともいずれか1種の流体とは異なる残りの被処理流動体を、上記別々の開口部から上記処理用面の間に導入し、上記の被処理流動体を上記薄膜流体中で混合し、この薄膜流体中においてバリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法として実施することができる。
 本願の発明によれば、バリウムとチタンとの比率を略1に制御されたバリウムチタニル塩をこれまで以上に簡単かつ低エネルギー、低コストで行う事ができるため、特にチタン酸バリウムの原料に適したバリウムチタニル塩を安価且つ安定的に提供できる。また、バリウムチタニル塩を微粒子として容易に作製できるため、目的に応じたバリウムチタニル塩微粒子を提供できる。
本発明の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。 (A)は図1に示す流体処理装置の第1処理用面の略平面図であり、(B)は同装置の処理用面の要部拡大図である。 (A)は同装置の第2導入部の断面図であり、(B)は同第2導入部を説明するための処理用面の要部拡大図である。 本発明の実施例1において作製されたシュウ酸バリウムチタニルのTEM写真である。 本発明の実施例1,5,6において作製されたシュウ酸バリウムチタニルのXRD測定結果を示すXRDチャートである。
 以下、本発明について詳細を説明する。しかし、本発明の技術的範囲は、下記実施形態及び実施例によって限定されるものではない。
 本発明におけるバリウムチタニル塩を作製するための化合物としては、シュウ酸、コハク酸、クエン酸や、またはそれらの金属塩(Na塩、K塩など)などが挙げられるが、製造コストの点からシュウ酸及び/またはシュウ酸の金属塩が好ましい。これらの化合物はそれぞれ単独で使用しても良いし、2種以上を複数使用しても良い。
 上記バリウムチタニル塩を作製するためのバリウム化合物並びにチタン化合物としては、特に限定されないが、バリウム並びにチタンの金属(単体)、または、バリウム並びにチタンの硝酸塩や亜硝酸塩、硫酸塩や亜硫酸塩、蟻酸塩や酢酸塩、リン酸塩や亜リン酸塩、次亜リン酸塩や塩化物、オキシ塩やアセチルアセトナート塩などの塩や、バリウム並びにチタンの水酸化物や酸化物、水酸化酸化物、バリウムアルコキシドや、チタンアルコキシドなどの有機化合物などが挙げられる。これらの化合物はそれぞれ単独で使用しても良いし、2種以上を複数使用しても良い。
 本発明におけるバリウムチタニル塩としては、シュウ酸バリウムチタニル、コハク酸バリウムチタニル、クエン酸バリウムチタニル等が挙げられるが、本発明においては、製造コストの点からシュウ酸バリウムチタニルが好ましい。また、本発明におけるバリウムチタニル塩に含まれるバリウムとチタンの比(mol比)は略1であり、好ましくは0.9~1.1である。さらに上記チタン化合物をジルコニアの化合物、バリウム化合物をストロンチウムやカルシウム、マグネシウムや鉛、亜鉛の化合物とする事によって、本発明より容易にチタン酸ストロンチウムやチタン酸亜鉛、ジルコン酸バリウムや、ジルコン酸マグネシウムなどを作製する事が可能である。
 また、上記バリウムチタニル塩にドープ元素として微量の元素を含む事も可能である。ドープ元素としては特に限定されず、化学周期表上の全ての元素を挙げることができるが、特に、最終的に誘電体材料であるチタン酸バリウムの作製を目的とする場合には、ストロンチウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、イットリウム、ネオジム、サマリウム、ジスプロシウムなどの希土類金属、亜鉛などが好ましい。上記ドープ元素についても、上記バリウム化合物やチタン化合物と同様に、上記ドープ元素単体に加えて塩や有機化合物などの化合物として用いる事が可能である。
 上記化合物、バリウム化合物やチタン化合物、必要に応じてドープ元素やドープ元素を含む化合物を溶解させるための溶媒としては、例えば水や有機溶媒、またはそれらの複数からなる混合溶媒が挙げられる。前記水としては、水道水やイオン交換水、純水や超純水、RO水などが挙げられ、有機溶媒としては、アルコール化合物溶媒、アミド化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、二硫化炭素、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、ハロゲン化合物溶媒、エステル化合物溶媒、イオン性液体、カルボン酸化合物、スルホン酸化合物などが挙げられる。上記の溶媒はそれぞれ単独で使用しても良く、または複数以上を混合して使用しても良い。
 また、バリウムチタニル塩の析出に悪影響を及ぼさない範囲において、上記溶媒に塩基性物質または酸性物質を混合または溶解しても実施できる。塩基性物質としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの金属水酸化物、ナトリウムメトキシドやナトリウムイソプロポキシドのような金属アルコキシド、さらにトリエチルアミンや2-ジエチルアミノエタノール、ジエチルアミンなどのアミン系化合物などが挙げられる。酸性物質としては、王水、塩酸、硝酸、発煙硝酸、硫酸、発煙硫酸などの無機酸や、ギ酸、酢酸、クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸などの有機酸が挙げられる。これらの塩基性物質または酸性物質は、上記の通り各種溶媒と混合しても実施できるし、それぞれ単独でも使用できる。
 上記の溶媒についてさらに詳しく説明すると、アルコール化合物溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、n-ブタノール、n-プロパノールなどの直鎖アルコール、イソプロパノール、2-ブタノール、tert-ブタノールなどの分枝状アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等の多価アルコール等が挙げられる。ケトン化合物溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。エーテル化合物溶媒としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。芳香族化合物溶媒としては、例えば、ニトロベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンが挙げられる。脂肪族化合物溶媒としては、例えば、ヘキサンなどが挙げられる。ニトリル化合物溶媒としては、例えば、アセトニトリルなどが挙げられる。スルホキシド化合物溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキド、ヘキサメチレンスルホキシド、スルホランなどが挙げられる。ハロゲン化合物溶媒としては、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエチレン、ヨードホルムなどが挙げられる。エステル化合物溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、2-(1-メトキシ)プロピルアセテートなどが挙げられる。イオン性液体としては、例えば、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムとPF6-(ヘキサフルオロリン酸イオン)との塩などが挙げられる。アミド化合物溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、1-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、2-ピロリジノン、ε-カプロラクタム、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロパンアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドなどが挙げられる。カルボン酸化合物としては、例えば、2,2-ジクロロプロピオン酸、スクアリン酸などが挙げられる。スルホン酸化合物としては、例えば、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、クロロスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸などが挙げられる。
 本発明においては、上記化合物、バリウム化合物やチタン化合物、必要に応じてドープ元素やドープ元素を含む化合物及び上記の溶媒を用いて、化合物溶液、バリウム溶液、チタン溶液、バリウム-チタン混合溶液と、必要に応じてドープ元素が溶媒に溶解された溶液を調製する。このうち、チタン溶液と化合物溶液との混合は、混合の順序等によっては不溶性のチタン塩などが析出する可能性があるため好ましくないが、本発明の実施を不可能にしない程度の混合であれは実施できる。
 本発明においては、上記バリウム-チタン混合溶液と化合物溶液とを混合してバリウムチタニル塩を析出させる際、バリウム-チタン混合溶液と、化合物溶液との少なくとも何れか一方に酸性物質を含む事によって、析出するバリウムチタニル塩に含まれるバリウムとチタンとの比率(mol比)を略1とする事が可能である。また、本発明においては、上記バリウム溶液とチタン溶液と化合物溶液とを混合してバリウムチタニル塩を析出させる際、バリウム溶液と、チタン溶液と、化合物溶液との少なくとも何れか1種に酸性物質を含む事によって、析出するバリウムチタニル塩に含まれるバリウムとチタンとの比率(mol比)を略1とする事が可能である。さらに、本発明においては、バリウム-チタン混合溶液(またはバリウム溶液とチタン溶液)と化合物溶液とを混合してバリウムチタニル塩を析出させる際、酸性物質を含む流体とバリウム-チタン混合溶液(または、バリウム溶液とチタン溶液)と化合物溶液とをそれぞれ後述するような別途の独立した流路を用いてバリウムチタニル塩を析出させる処理直前に全てを混合して実施した場合においても、析出するバリウムチタニル塩に含まれるバリウムとチタンとの比率(mol比)を略1とする事が可能である。本発明における酸性物質は特に限定されず、上記に挙げたものと同様のものを使用できるが、好ましくは、硝酸、硫酸、塩酸が挙げられ、特に好ましくは硝酸が挙げられる。本発明においては、上記バリウム-チタン混合溶液、バリウム溶液、チタン溶液、化合物溶液、及び上記バリウム-チタン混合溶液(またはバリウム溶液とチタン溶液)と化合物溶液とを混合して析出させたバリウムチタニル塩を含む反応液について、酸性である事が好ましく、より好ましくはpH<3、さらに好ましくはpH<1である。
 本発明においては、上記バリウム-チタン混合溶液(又はバリウム溶液とチタン溶液)と化合物溶液との混合を、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する処理用面の間にできる、薄膜流体中で均一に攪拌・混合する方法を用いて行うことが好ましい。そのような装置としては、例えば本願出願人による、特許文献3に記載されたものと同原理である装置を使用できる。このような原理の装置を用いる事によって、均一且つ均質にバリウムチタニル塩微粒子を作製する事が可能である。
 以下、図面を用いて上記装置の実施の形態について説明する。
 図1~図3に示す流体処理装置は、特許文献3に記載の装置と同様であり、接近・離反可能な少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する処理用部における処理用面の間で被処理物を処理するものであって、被処理流動体のうちの第1の被処理流動体である第1流体を処理用面間に導入し、前記流体を導入した流路とは独立し、処理用面間に通じる開口部を備えた別の流路から被処理流動体のうちの第2の被処理流動体である第2流体を処理用面間に導入して処理用面間で上記第1流体と第2流体を混合・攪拌して処理を行う装置である。なお、図1においてUは上方を、Sは下方をそれぞれ示しているが、本発明において上下前後左右は相対的な位置関係を示すに止まり、絶対的な位置を特定するものではない。図2(A)、図3(B)においてRは回転方向を示している。図3(B)においてCは遠心力方向(半径方向)を示している。
 この装置は、被処理流動体として少なくとも2種類の流体を用いるものであり、そのうちで少なくとも1種類の流体については被処理物を少なくとも1種類含むものであり、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面を備え、これらの処理用面の間で上記の各流体を合流させて薄膜流体とするものであり、当該薄膜流体中において上記の被処理物を処理する装置である。この装置は、上述のとおり、複数の被処理流動体を処理することができるが、単一の被処理流動体を処理することもできる。
 この流体処理装置は、対向する第1及び第2の、2つの処理用部10,20を備え、少なくとも一方の処理用部が回転する。両処理用部10,20の対向する面が、夫々処理用面となる。第1処理用部10は第1処理用面1を備え、第2処理用部20は第2処理用面2を備える。
 両処理用面1,2は、被処理流動体の流路に接続され、被処理流動体の流路の一部を構成する。この両処理用面1,2間の間隔は、適宜変更して実施することができるが、通常は、1mm以下、例えば0.1μmから50μm程度の微小間隔に調整される。これによって、この両処理用面1,2間を通過する被処理流動体は、両処理用面1,2によって強制された強制薄膜流体となる。
 この装置を用いて複数の被処理流動体を処理する場合、この装置は、第1の被処理流動体の流路に接続され、当該第1被処理流動体の流路の一部を形成すると共に、第1被処理流動体とは別の、第2被処理流動体の流路の一部を形成する。そして、この装置は、両流路を合流させて、処理用面1,2間において、両被処理流動体を混合し、反応させるなどの流体の処理を行なう。なお、ここで「処理」とは、被処理物が反応する形態に限らず、反応を伴わずに混合・分散のみがなされる形態も含む。
 具体的に説明すると、上記の第1処理用部10を保持する第1ホルダ11と、第2処理用部20を保持する第2ホルダ21と、接面圧付与機構と、回転駆動機構と、第1導入部d1と、第2導入部d2と、流体圧付与機構pとを備える。
 図2(A)へ示す通り、この実施の形態において、第1処理用部10は、環状体であり、より詳しくはリング状のディスクである。また、第2処理用部20もリング状のディスクである。第1、第2処理用部10、20の材質は、金属の他、セラミックや焼結金属、耐磨耗鋼、サファイア、その他金属に硬化処理を施したものや、硬質材をライニングやコーティング、メッキなどを施工したものを採用することができる。この実施の形態において、両処理用部10,20は、互いに対向する第1、第2の処理用面1、2の少なくとも一部が鏡面研磨されている。
 この鏡面研磨の面粗度は、特に限定されないが、好ましくはRa0.01~1.0μm、より好ましくはRa0.03~0.3μmとする。
 少なくとも一方のホルダは、電動機などの回転駆動機構(図示せず)にて、他方のホルダに対して相対的に回転することができる。図1の50は、回転駆動機構の回転軸を示しており、この例では、この回転軸50に取り付けられた第1ホルダ11が回転し、この第1ホルダ11に支持された第1処理用部10が第2処理用部20に対して回転する。もちろん、第2処理用部20を回転させるようにしてもよく、双方を回転させるようにしてもよい。また、この例では、第1、第2ホルダ11、21を固定しておき、この第1、第2ホルダ11、21に対して第1、第2処理用部10、20が回転するようにしてもよい。
 第1処理用部10と第2処理用部20とは、少なくとも何れか一方が、少なくとも何れか他方に、接近・離反可能となっており、両処理用面1,2は、接近・離反できる。
 この実施の形態では、第1処理用部10に対して、第2処理用部20が接近・離反するもので、第2ホルダ21に設けられた収容部41に、第2処理用部20が出没可能に収容されている。但し、これとは、逆に、第1処理用部10が、第2処理用部20に対して接近・離反するものであってもよく、両処理用部10,20が互いに接近・離反するものであってもよい。
 この収容部41は、第2処理用部20の、主として処理用面2側と反対側の部位を収容する凹部であり、平面視において、円を呈する、即ち環状に形成された、溝である。この収容部41は、第2処理用部20を回転させ得る十分なクリアランスを持って、第2処理用部20を収容する。なお、第2処理用部20は軸方向に平行移動のみが可能なように配置してもよいが、上記クリアランスを大きくすることにより、第2処理用部20は、収容部41に対して、処理用部20の中心線を、上記収容部41の軸方向と平行の関係を崩すように傾斜して変位できるようにしてもよく、さらに、第2処理用部20の中心線と収容部41の中心線とが半径方向にずれるように変位できるようにしてもよい。
 このように、3次元的に変位可能に保持するフローティング機構によって、第2処理用部20を保持することが望ましい。
 上記の被処理流動体は、各種のポンプや位置エネルギーなどによって構成される流体圧付与機構pによって圧力が付与された状態で、第1導入部d1と、第2導入部d2から両処理用面1、2間に導入される。この実施の形態において、第1導入部d1は、環状の第2ホルダ21の中央に設けられた通路であり、その一端が、環状の両処理用部10、20の内側から、両処理用面1、2間に導入される。第2導入部d2は、第1の被処理流動体と反応させる第2の被処理流動体を処理用面1,2へ供給する。この実施の形態において、第2導入部d2は、第2処理用部20の内部に設けられた通路であり、その一端が、第2処理用面2にて開口する。流体圧付与機構pにより加圧された第1の被処理流動体は、第1導入部d1から、両処理用部10,20の内側の空間に導入され、第1処理用面1と第2処理用面2との間を通り、両処理用部10,20の外側に通り抜けようとする。これらの処理用面1,2間において、第2導入部d2から流体圧付与機構pにより加圧された第2の被処理流動体が供給され、第1の被処理流動体と合流し、混合、攪拌、乳化、分散、反応、晶出、晶析、析出などの種々の流体処理がなされ、両処理用面1,2から、両処理用部10,20の外側に排出される。なお、減圧ポンプにより両処理用部10,20の外側の環境を負圧にすることもできる。
 上記の接面圧付与機構は、第1処理用面1と第2処理用面2とを接近させる方向に作用させる力を、処理用部に付与する。この実施の形態では、接面圧付与機構は、第2ホルダ21に設けられ、第2処理用部20を第1処理用部10に向けて付勢する。
 前記の接面圧付与機構は、第1処理用部10の第1処理用面1と第2処理用部20の第2処理用面2とが接近する方向に押す力(以下、接面圧力という)を発生させるための機構である。この接面圧力と、流体圧力などの両処理用面1、2間を離反させる力との均衡によって、nm単位ないしμm単位の微小な膜厚を有する薄膜流体を発生させる。言い換えれば、上記力の均衡によって、両処理用面1、2間の間隔を所定の微小間隔に保つ。
 図1に示す実施の形態において、接面圧付与機構は、上記の収容部41と第2処理用部20との間に配位される。具体的には、第2処理用部20を第1処理用部10に近づく方向に付勢するスプリング43と、空気や油などの付勢用流体を導入する付勢用流体導入部44とにて構成され、スプリング43と上記付勢用流体の流体圧力とによって、上記の接面圧力を付与する。このスプリング43と上記付勢用流体の流体圧力とは、いずれか一方が付与されるものであればよく、磁力や重力などの他の力であってもよい。この接面圧付与機構の付勢に抗して、流体圧付与機構pにより加圧された被処理流動体の圧力や粘性などによって生じる離反力によって、第2処理用部20は、第1処理用部10から遠ざかり、両処理用面間に微小な間隔を開ける。このように、この接面圧力と離反力のバランスによって、第1処理用面1と第2処理用面2とは、μm単位の精度で設定され、両処理用面1,2間の微小間隔の設定がなされる。上記離反力としては、被処理流動体の流体圧や粘性と、処理用部の回転による遠心力と、付勢用流体導入部44に負圧を掛けた場合の当該負圧、スプリング43を引っ張りスプリングとした場合のバネの力などを挙げることができる。この接面圧付与機構は、第2処理用部20ではなく、第1処理用部10に設けてもよく、双方に設けてもよい。
 上記の離反力について、具体的に説明すると、第2処理用部20は、上記の第2処理用面2と共に、第2処理用面2の内側(即ち、第1処理用面1と第2処理用面2との間への被処理流動体の進入口側)に位置して当該第2処理用面2に隣接する離反用調整面23を備える。この例では、離反用調整面23は、傾斜面として実施されているが、水平面であってもよい。被処理流動体の圧力が、離反用調整面23に作用して、第2処理用部20を第1処理用部10から離反させる方向への力を発生させる。従って、離反力を発生させるための受圧面は、第2処理用面2と離反用調整面23とになる。
 さらに、この図1の例では、第2処理用部20に近接用調整面24が形成されている。この近接用調整面24は、離反用調整面23と軸方向において反対側の面(図1においては上方の面)であり、被処理流動体の圧力が作用して、第2処理用部20を第1処理用部10に接近させる方向への力を発生させる。
 なお、第2処理用面2及び離反用調整面23に作用する被処理流動体の圧力、即ち流体圧は、メカニカルシールにおけるオープニングフォースを構成する力として理解される。処理用面1,2の接近・離反の方向、即ち第2処理用部20の出没方向(図1においては軸方向)と直交する仮想平面上に投影した近接用調整面24の投影面積A1と、当該仮想平面上に投影した第2処理用部20の第2処理用面2及び離反用調整面23との投影面積の合計面積A2との、面積比A1/A2は、バランス比Kと呼ばれ、上記オープニングフォースの調整に重要である。このオープニングフォースについては、上記バランスライン、即ち近接用調整面24の面積A1を変更することで、被処理流動体の圧力、即ち流体圧により調整できる。
 摺動面の実面圧P、即ち、接面圧力のうち流体圧によるものは次式で計算される。
 P=P1×(K-k)+Ps
 ここでP1は、被処理流動体の圧力即ち流体圧を示し、Kは上記のバランス比を示し、kはオープニングフォース係数を示し、Psはスプリング及び背圧力を示す。
 このバランスラインの調整により摺動面の実面圧Pを調整することで処理用面1,2間を所望の微小隙間量にし被処理流動体による流動体膜を形成させ、生成物などの処理された被処理物を微細とし、また、均一な反応処理を行うのである。
 なお、図示は省略するが、近接用調整面24を離反用調整面23よりも広い面積を持ったものとして実施することも可能である。
 被処理流動体は、上記の微小な隙間を保持する両処理用面1,2によって強制された薄膜流体となり、環状の両処理用面1、2の外側に移動しようとする。ところが、第1処理用部10は回転しているので、混合された被処理流動体は、環状の両処理用面1,2の内側から外側へ直線的に移動するのではなく、環状の半径方向への移動ベクトルと周方向への移動ベクトルとの合成ベクトルが被処理流動体に作用して、内側から外側へ略渦巻き状に移動する。
 尚、回転軸50は、鉛直に配置されたものに限定するものではなく、水平方向に配位されたものであってもよく、傾斜して配位されたものであってよい。被処理流動体は両処理用面1,2間の微細な間隔にて処理がなされるものであり、実質的に重力の影響を排除できるからである。また、この接面圧付与機構は、前述の第2処理用部20を変位可能に保持するフローティング機構と併用することによって、微振動や回転アライメントの緩衝機構としても機能する。
 第1、第2処理用部10、20は、その少なくともいずれか一方を、冷却或いは加熱して、その温度を調整するようにしてもよく、図1では、第1、第2処理用部10、20に温調機構(温度調整機構)J1,J2を設けた例を図示している。また、導入される被処理流動体を冷却或いは加熱して、その温度を調整するようにしもよい。これらの温度は、処理された被処理物の析出のために用いることもでき、また、第1、第2処理用面1、2間における被処理流動体にベナール対流若しくはマランゴニ対流を発生させるために設定してもよい。
 図2に示すように、第1処理用部10の第1処理用面1には、第1処理用部10の中心側から外側に向けて、即ち径方向について伸びる溝状の凹部13を形成して実施してもよい。この凹部13の平面形状は、図2(B)へ示すように、第1処理用面1上をカーブして或いは渦巻き状に伸びるものや、図示はしないが、真っ直ぐ外方向に伸びるもの、L字状などに屈曲あるいは湾曲するもの、連続したもの、断続するもの、枝分かれするものであってもよい。また、この凹部13は、第2処理用面2に形成するものとしても実施可能であり、第1及び第2の処理用面1,2の双方に形成するものとしても実施可能である。この様な凹部13を形成することによりマイクロポンプ効果を得ることができ、被処理流動体を第1及び第2の処理用面1,2間に吸引することができる効果がある。
 この凹部13の基端は第1処理用部10の内周に達することが望ましい。この凹部13の先端は、第1処理用面1の外周面側に向けて伸びるもので、その深さ(横断面積)は、基端から先端に向かうにつれて、漸次減少するものとしている。
 この凹部13の先端と第1処理用面1の外周面との間には、凹部13のない平坦面16が設けられている。
 前述の第2導入部d2の開口部d20を第2処理用面2に設ける場合は、対向する上記第1処理用面1の平坦面16と対向する位置に設けることが好ましい。
 この開口部d20は、第1処理用面1の凹部13からよりも下流側(この例では外側)に設けることが望ましい。特に、マイクロポンプ効果によって導入される際の流れ方向が処理用面間で形成されるスパイラル状で層流の流れ方向に変換される点よりも外径側の平坦面16に対向する位置に設置することが望ましい。具体的には、図2(B)において、第1処理用面1に設けられた凹部13の最も外側の位置から、径方向への距離nを、約0.5mm以上とするのが好ましい。特に、流体中からナノサイズの微粒子であるナノ微粒子を析出させる場合には、層流条件下にて複数の被処理流動体の混合と、ナノ微粒子の析出が行なわれることが望ましい。
 この第2導入部d2は方向性を持たせることができる。例えば、図3(A)に示すように、上記の第2処理用面2の開口部d20からの導入方向が、第2処理用面2に対して所定の仰角(θ1)で傾斜している。この仰角(θ1)は、0度を超えて90度未満に設定されており、さらに反応速度が速い反応の場合には1度以上45度以下で設置されるのが好ましい。
 また、図3(B)に示すように、上記の第2処理用面2の開口部d20からの導入方向が、上記の第2処理用面2に沿う平面において、方向性を有するものである。この第2流体の導入方向は、処理用面の半径方向の成分にあっては中心から遠ざかる外方向であって、且つ、回転する処理用面間における流体の回転方向に対しての成分にあっては順方向である。言い換えると、開口部d20を通る半径方向であって外方向の線分を基準線gとして、この基準線gから回転方向Rへの所定の角度(θ2)を有するものである。この角度(θ2)についても、0度を超えて90度未満に設定されることが好ましい。
 この角度(θ2)は、流体の種類、反応速度、粘度、処理用面の回転速度などの種々の条件に応じて、変更して実施することができる。また、第2導入部d2に方向性を全く持たせないこともできる。
 上記の被処理流動体の種類とその流路の数は、図1の例では、2つとしたが、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。図1の例では、第2導入部d2から処理用面1,2間に第2流体を導入したが、この導入部は、第1処理用部10に設けてもよく、双方に設けてもよい。また、一種類の被処理流動体に対して、複数の導入部を用意してもよい。また、各処理用部に設けられる導入用の開口部は、その形状や大きさや数は特に制限はなく適宜変更して実施し得る。また、上記第1及び第2の処理用面間1、2の直前或いはさらに上流側に導入用の開口部を設けてもよい。
 なお、処理用面1,2間にて上記反応を行う事が出来れば良いので、上記とは逆に、第1導入部d1より第2流体を導入し、第2導入部d2より第1流体を導入するものであっても良い。つまり、各流体における第1、第2という表現は、複数存在する流体の第n番目であるという、識別のための意味合いを持つに過ぎないものであり、第3以上の流体も存在し得る。
 上記装置においては、析出・沈殿または結晶化のような反応が、図1に示すように、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面1、2の間で強制的に均一混合しながら起こる。処理された被処理物の粒子径や単分散度は処理用部10、20の回転数や流速、処理用面間の距離や、被処理流動体の原料濃度、または被処理流動体の溶媒種等を適宜調整することにより、制御することができる。
 以下、上記の装置を用いて行うバリウムチタニル塩の製造方法の具体的な態様について説明する。
 上記の装置においては、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面の間に形成される薄膜流体中で、第1流体として少なくとも1種類の化合物を溶媒に溶解した化合物溶液と、第2流体としてバリウム化合物とチタン化合物とをそれぞれ少なくとも1種類溶媒に溶解したバリウム-チタン混合溶液とを混合させ、バリウムチタニル塩を析出させる。その際、上記の第1流体と第2流体のうち、少なくとも何れか一方に酸性物質を含むものとする。
 上記のバリウムチタニル塩の析出反応は、本願の図1に示す装置の、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面1,2間で強制的に均一混合しながら起こる。
 まず、一つの流路である第1導入部d1より、第1流体として化合物溶液を、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面1,2間に導入して、この処理用面間に第1流体から構成された薄膜流体である第1流体膜を作る。
 次いで別流路である第2導入部d2より、第2流体として上記バリウム-チタン混合溶液を、上記処理用面1,2間に作られた第1流体膜に直接導入する。
 上記のように、被処理流動体の供給圧と回転する処理用面の間にかかる圧力との圧力バランスによって距離を固定された処理用面1,2間にて、第1流体と第2流体とが混合され、バリウムチタニル塩の析出反応を行う事が出来る。
 なお、処理用面1,2間にて上記反応を行う事が出来れば良いので、上記とは逆に、第1導入部d1より第2流体を導入し、第2導入部d2より第1流体を導入するものであっても良い。つまり、各流体における第1、第2という表現は、複数存在する流体の第n番目であるという、識別のための意味合いを持つに過ぎないものであり、第3以上の流体も存在し得る。
 前述のように、第1導入部d1、第2導入部d2以外に第3導入部を処理装置に設けることもできるが、この場合にあっては、例えば各導入部から、第1流体として化合物溶液、第2流体としてバリウム-チタン混合溶液、第3流体として酸性物質を含む流体をそれぞれ別々に処理装置に導入することが可能である。この場合、酸性物質は、少なくとも上記の第3流体に含まれていればよく、上記の第1流体、上記の第2流体の少なくともいずれか一方に含まれていてもよく、上記第1流体及び第2流体の双方に含まれていなくてもよい。他の実施の形態においては、処理装置にさらに第4導入部を設け、例えば各導入部から、第1流体として化合物溶液、第2流体としてバリウム化合物を溶媒に溶解したバリウム溶液、第3流体としてチタン化合物を溶媒に溶解したチタン溶液、第4流体として酸性物質を含む流体をそれぞれ別々に装置に導入する事が可能である。この場合、酸性物質は、少なくとも上記の第4流体に含まれていればよく、上記の第1流体~第3流体の少なくともいずれか一種に含まれていてもよく、上記第1流体及び第2流体、第3流体の何れに含まれていなくてもよい。そうすると、各溶液の濃度や圧力を個々に管理することができ、析出反応及び微粒子の粒子径の安定化などをより精密に制御することができる。なお、各導入部へ導入する被処理流動体(第1流体~第4流体)の組み合わせは、任意に設定できる。第5以上の導入部を設けた場合も同様であって、このように処理装置へ導入する流体を細分化できる。
 さらに、上記第1、第2流体等の被処理流動体の温度を制御したり、上記第1流体と第2流体等との温度差(即ち、供給する各被処理流動体の温度差)を制御することもできる。供給する各被処理流動体の温度や温度差を制御するために、各被処理流動体の温度(処理装置、より詳しくは、処理用面1,2間に導入される直前の温度)を測定し、処理用面1,2間に導入される各被処理流動体の加熱又は冷却を行う機構を付加して実施することも可能である。
 本発明の実施によって、バリウムとチタンとの比率を略1に制御されたバリウムチタニル塩を、これまで以上に簡単かつ低エネルギー、低コストで製造することができるものであり、得られた粒子の粒子径は特に問題とされるものではない。よって、本発明は得られる粒子の粒子径によって限定的に理解されるべきではなく、処理用面1,2間の間隔よりも小さな粒子を得ることができるものであり、平均粒子径1μm未満のナノ微粒子であってもよく、それ以上の粒子径を持つものであってもよい。
 以下、本発明について実施例を掲げて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
 尚、以下の実施例において、「中央から」というのは、図1に示す処理装置の「第1導入部d1から」という意味であり、第1流体は、第1導入部d1から導入される、前述の第1被処理流動体を指し、第2流体は、図1に示す処理装置の第2導入部d2から導入される、前述の第2被処理流動体を指す。
(粉末X線回折:XRD)
 X線回折測定には、PANalytical社製の全自動多目的X線回折装置(X‘Pert PRO MPD)を用いた。回折角2θ=10~100°の範囲での回折強度を測定した。
(ICP発光分光分析)
 ICP発光分光分析には、(株)島津製作所製、ICPS-8100(シーケンシャル型)を用いて、得られた微粒子粉体について、バリウム(Ba)とチタン(Ti)の濃度(mol濃度)を測定した。
(実施例1~6、比較例1~4)
 実施例1~6として、図1に示すように、対向して配設された接近・離反可能な処理用面をもつ、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面1,2の間にできる薄膜流体中で、均一に拡散・攪拌・混合する反応装置を用いて、化合物溶液とバリウム-チタン混合溶液とを混合し、薄膜流体中で析出反応を行う。
 中央から第1流体の化合物溶液として、シュウ酸水溶液を供給圧力/背圧力=0.50MPa/0.02Mpa、回転数1000~3000rpmで送液しながら、塩化バリウム2水和物を硝酸水溶液に溶解した後、四塩化チタン水溶液と混合して作製した塩化バリウム2水和物四塩化チタン混合溶液を第2流体のバリウム-チタン混合溶液として5mL/minで処理用面1,2間に導入した。第1流体と第2流体は薄膜流体中で混合され、シュウ酸バリウムチタニル微粒子を析出させて、シュウ酸バリウムチタニル微粒子分散液として処理用面より吐出させた。 
 吐出されたシュウ酸バリウムチタニル微粒子分散液中より不純物を除去するために、シュウ酸バリウムチタニル微粒子を緩く凝集させ、口径1μmの濾布にて濾集し、純水にて洗浄した。最終的に得られたシュウ酸バリウムチタニル微粒子のペーストを50℃、-0.1MPaGにて真空乾燥した。得られたシュウ酸バリウムチタニル微粒子粉末のXRD測定並びにICP測定を行った。
 比較例1~2と3~4については、塩化バリウム2水和物を溶解するための溶媒を純水に変更して上記実験を行った。処理条件と、ICP測定結果によるシュウ酸バリウムチタニルにおけるバリウムとチタンとの比率を表1に示す。なお、これらの実施例及び比較例のTEM観察による一次粒子径は、約100~500nmであった。
 表1に示した第1流体と第2流体の送液温度は、第1流体と第2流体のそれぞれの温度を処理装置に導入される直前(言い換えれば、それぞれの流体が処理用面1,2間に導入される直前)にて測定した。
 また、実施例1において作製されたシュウ酸バリウムチタニル微粒子のTEM写真を図4に、実施例1,5,6において作製されたシュウ酸バリウムチタニル微粒子のXRD測定結果を図5に示す。
 表1より、バリウム-チタン混合溶液と化合物溶液とを混合して析出させたバリウムチタニル塩微粒子を含む反応液中に硝酸を含む事によって、得られたシュウ酸バリウムチタニルにおけるバリウムとチタンとの比率が略1となることがわかった。また、表1、TEM写真及びXRD測定結果より、本実施例において得られたシュウ酸バリウムチタニルが結晶性の微粒子である事を確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  1   第1処理用面
  2   第2処理用面
  10  第1処理用部
  11  第1ホルダ
  20  第2処理用部
  21  第2ホルダ
  d1  第1導入部
  d2  第2導入部
  d20 開口部

Claims (5)

  1.  被処理流動体として少なくとも2種類の流体を用いるものであり、
    そのうちで少なくとも1種類の流体は、バリウム化合物及びチタン化合物が溶媒に溶解されたバリウム-チタン混合溶液であり、
    上記以外の流体で少なくとも1種類の流体は、上記バリウム-チタン混合溶液に含まれるバリウムとチタンとをバリウムチタニル塩として析出させるための少なくとも1種類の化合物が溶媒に溶解された化合物溶液であり、
    上記の2種以上の被処理流動体を混合し、バリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法において、
    少なくとも1種類の酸性物質が、上記バリウム-チタン混合溶液と、上記化合物溶液と、上記バリウム-チタン混合溶液とも上記化合物溶液とも異なるさらに他の少なくとも1種類の溶媒との、少なくとも何れか1種に含まれるものであって、
    上記2種または3種以上の被処理流動体を、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する少なくとも2つの処理用面の間にできる薄膜流体中で混合し、バリウムチタニル塩を析出させる事を特徴とするバリウムチタニル塩の製造方法。
  2.  被処理流動体として少なくとも3種類の流体を用いるものであり、
    そのうちで少なくとも1種類の流体は、バリウム化合物が溶媒に溶解されたバリウム溶液であり、
    上記以外の流体で少なくとも1種類の流体は、チタン化合物が溶媒に溶解されたチタン溶液であり、
    上記以外の流体で少なくとも1種類の流体は、上記バリウム溶液に含まれるバリウムと上記チタン溶液に含まれるチタンとをバリウムチタニル塩として析出させるための少なくとも1種類の化合物が溶媒に溶解された化合物溶液であり、
    上記の3種以上の被処理流動体を混合し、バリウムチタニル塩を析出させるバリウムチタニル塩の製造方法において、
    少なくとも1種類の酸性物質が、上記バリウム溶液と、上記チタン溶液と、上記化合物溶液と、上記バリウム溶液とも上記チタン溶液とも上記化合物溶液とも異なるさらに他の少なくとも1種類の溶媒との、少なくとも何れか1種に含まれるものであって、
    上記3種または4種以上の被処理流動体を、対向して配設された、接近・離反可能な、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転する少なくとも2つの処理用面の間にできる薄膜流体中で混合し、バリウムチタニル塩を析出させる事を特徴とするバリウムチタニル塩の製造方法。
  3.  上記バリウムチタニル塩が、結晶性であることを特徴とする請求項1または2に記載のバリウムチタニル塩の製造方法。
  4.  上記化合物が、シュウ酸及び/またはシュウ酸の金属塩であり、得られるバリウムチタニル塩がシュウ酸バリウムチタニルである事を特徴とする請求項1~3の何れかに記載のバリウムチタニル塩の製造方法。
  5.  請求項1~4の何れかに記載のバリウムチタニル塩の製造方法によって製造されたバリウムチタニル塩からチタン酸バリウムを製造することを特徴とするチタン酸バリウムの製造方法。
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