(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体粉末の形成方法であって、
沈殿した前駆体粉末をチャンバ組立体のチャンバに入れる工程であって、前記チャンバ組立体が：
第１の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第１の継手、前記第２の端部における円錐形部分、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第１のフィルタ、ならびに前記第１のフィルタと流体連通して前記第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分と；
第２の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第２の継手、前記第２の端部に配置され、かつ前記第１の部分の前記円錐形部分を受け入れるための開口、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第２のフィルタ、ならびに前記第２のフィルタと流体連通して前記第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分と
を含み；
前記第１の部分の前記第２の端部における円錐形部分と、前記第２の部分の前記第２の端部に配置された開口とが係合されて、前記第１の部分と前記第２の部分とが係合されると、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間に前記チャンバが形成され、前記チャンバが、前記第１および第２の部分の前記それぞれの第１の端部と流体連通している、工程と、
前記沈殿した前駆体粉末を焼成温度まで加熱する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記チャンバ組立体を加熱しながら回転させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
回転させる工程が、少なくとも毎分１回転かつ毎分１２０回転以下の速度で回転させる工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記チャンバを通して空気を注入する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
空気を注入する工程が、前記第１の部分の前記第１の端部から前記第２の部分の前記第１の端部への方向及びその逆方向の交互の方向に注入する工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第１の継手、前記第２の端部における円錐形部分、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第１のフィルタ、ならびに前記第１のフィルタと流体連通して前記第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分と；
第２の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第２の継手、前記第２の端部に配置され、かつ前記第１の部分の前記円錐形部分を受け入れるための開口、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第２のフィルタ、ならびに前記第２のフィルタと流体連通して前記第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分と
を含む炉組立体であって；
前記第１の部分の前記第２の端部における円錐形部分と、前記第２の部分の前記第２の端部に配置された開口とが係合されて、前記第１の部分と前記第２の部分とが係合されると、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間にチャンバが形成され、前記チャンバが、前記第１および第２の部分の前記それぞれの第１の端部と流体連通している、
炉組立体。
【請求項７】
前記第１および第２の継手が玉継手を含む、請求項６に記載の炉組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、石英ガラス横型炉および特に誘電体微粒子の形成にそれを使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
湿式化学処理で共沈させた混合酸化物セラミック粉末の従来の調製においては、湿式共沈粉末は、ろ過、沈殿、遠心分離、または蒸発によって、それらが形成される水溶液から分離され、脱イオン水で洗浄され、再度分離され、アセトンまたは２−プロパノールで洗浄され、再度分離され、シリカガラス製の平底トレーまたはシリカガラス製の丸底皿に塗布され、オーブンまたは真空オーブン中、約１０５℃で乾燥される。乾燥後、トレーは箱形炉に移されるか、または皿は管状炉に移される。炉内の温度は、焼成温度まで上げられる。
【０００３】
本開示は、添付の図面を参照することによってよりよく理解され、その多くの特徴および利点が当業者に明らかになり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】分解および焼成システムの例示的な管状組立体の図を含む。
【図２】例示的な分解および焼成システムの図を含む。
【図３】それぞれ熱水プロセス後、焼成プロセス後の、実施例１において調製される粒子の例示的な粒径および分布データのグラフを含む。
【図４】それぞれ熱水プロセス後、焼成プロセス後の、実施例１において調製される粒子の例示的な粒径および分布データのグラフを含む。
【図５】実施例１の粒子の例示的なＸ線回折データのグラフを含む。
【図６】実施例１の粉末についてのＳＥＭデータの画像を含む。
【図７】実施例２についての−２０℃〜５５℃の温度範囲にわたる温度に対する比誘電率のグラフを含む。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
異なる図面中の同じ参照符号の使用は、類似または同一の品目を示す。
【０００６】
特に、本出願人らは、上述したような先行技術の一連の工程から得られる生成物の粉末が凝集し、温度処理分布中に粉末の勾配温度に曝されていたことを発見した。粉末のこのような勾配温度は、不適切な分解温度、分解および焼成の際の不適切な空気流れ、ならびに焼成温度の変動による比誘電率の大幅な減少を引き起こし得る。さらに、本出願人らは、後述される組立体およびシステムならびに後述される分解および焼成の方法が、粒子が分かれた（凝集していない）粉末を提供することができ、乾燥粉末処理の一プロセス工程を提供し、プロセスの複雑さを軽減することができることを発見した。
【０００７】
例えば、構成成分を混合および沈殿させて中間体粒子を形成し、この中間体粒子をさらに処理し、焼成して、誘電セラミック微粒子を形成することができる。以下により詳細に記載されるように、構成成分は、高乱流反応器中で、水酸化物イオン源とシュウ酸イオン源とのブレンドと混合され得る。例えば、水酸化物イオン源には、水酸化テトラアルキルアンモニウムが挙げられ、シュウ酸イオン源には、シュウ酸テトラアルキルアンモニウムが挙げられる。ヒドロキシルおよびシュウ酸イオンの存在下での沈殿の結果として形成される粒子は、特定の条件下で、さらに熱水処理され、乾燥され、焼成されて、絶縁破壊電圧および比誘電率などの、望ましい特性を有する誘電セラミック微粒子が得られる。特に、誘電セラミック微粒子は、立方晶ペロブスカイト組成が変性されたチタン酸バリウムであり得る。
【０００８】
例示的なプロセスは、セラミック粉末の他の金属またはオキソ金属イオン成分との複合溶液に溶解させた前駆体キレートを提供する工程と、水酸化テトラアルキルアンモニウムおよびシュウ酸アンモニウムもしくはシュウ酸テトラアルキルアンモニウムなどのオキサレート化合物を含む沈殿剤溶液を調製する工程と、複合溶液と沈殿剤溶液とを組み合わせて粒子を共沈させる工程と、粒子を熱水処理する工程と、粒子を洗浄し、分離させる工程と、粒子を加熱処理して分解および焼成を行う工程とを含む。
【０００９】
例示的実施形態において、誘電体微粒子を形成するためのシステムは、反応器および熱水処理チャンバを含む。さらに、システムは、乾燥器、それに伴う分解および焼成機器を含み得る。
【００１０】
反応剤貯蔵容器は、例えば反応剤溶液の形態の、１つ以上の反応剤を含み得る。特に、反応剤は、金属ニトレート、金属キレート、水酸化テトラアルキルアンモニウムまたはシュウ酸テトラアルキルアンモニウム、あるいはそれらの任意の組合せを含み得る。金属ニトレートまたは金属キレートは、周期表の第１〜１４族の金属または半金属、ＩＵＰＡＣ法に基づいたランタノイド系、またはアクチノイド系を含む金属イオンまたはオキソ金属イオンを含み得る。例えば、金属イオンは、バリウム、カルシウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、ネオジム、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ランタン、ハフニウム、クロム、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択され得る。特に、金属イオンは、バリウム、チタン、ならびにカルシウム、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、ネオジム、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ランタン、ハフニウム、クロム、またはそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つを含む。例示的な金属ニトレートは、硝酸バリウム、硝酸カルシウム、またはそれらの組合せを含む。例示的な金属キレートは、金属イオンまたはオキソ金属イオンおよびキレート剤を含む。一例では、キレート剤は、塩基により中和されたカルボン酸を含む。例えば、キレート剤は、中和されたα−ヒドロキシカルボン酸を含み得る。例示的なα−ヒドロキシカルボン酸は、２−ヒドロキシエタン酸（グリコール酸）、２−ヒドロキシブタン二酸（リンゴ酸）、２，３−ジヒドロキシブタン二酸（酒石酸）、２−ヒドロキシ−１，２，３−プロパントリカルボン酸（クエン酸）、２−ヒドロキシブタン酸、２−ヒドロキシペンタン酸、２−ヒドロキシヘキサン酸、またはそれらの任意の組合せを含む。好ましいキレート剤は、弱塩基性水酸化アンモニウム水溶液によって後に中和される非常に水溶性の２−ヒドロキシプロパン酸（すなわち、乳酸）である。別の好ましいキレート剤は、非常に水溶性の２−ヒドロキシ−１，２，３−プロパントリカルボン酸、すなわちクエン酸である。キレート剤は、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）または水酸化テトラアルキルアンモニウムなどの塩基で中和され得る。キレート溶液は、界面活性剤も含み得る。
【００１１】
さらに、反応剤は、水酸化テトラアルキルアンモニウム、シュウ酸テトラアルキルアンモニウムまたはそれらの組合せを含み得、ここで、アルキル基はメチル基、エチル基、またはプロピル基、あるいはそれらの任意の組合せを含む。特に、反応剤は、水酸化テトラメチルアンモニウムとシュウ酸テトラメチルアンモニウムとの組合せを含み得る。
【００１２】
一実施形態において、前駆体の全てではないが少なくとも１つがキレートである。前駆体の溶液：Ｂａ（ＮＯ3）2、Ｃａ（ＮＯ3）2・４Ｈ2Ｏ、Ｎｄ（ＮＯ3）3・６Ｈ2Ｏ、Ｙ（ＮＯ3）3・４Ｈ2Ｏ、Ｍｎ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・４Ｈ2Ｏ、ＺｒＯ（ＮＯ3）2が、脱イオン水中、および別個に［ＣＨ3ＣＨ（Ｏ−）ＣＯＯＮＨ4］2Ｔｉ（ＯＨ）2溶液中で形成される。この例では、チタンキレート［ＣＨ3ＣＨ（Ｏ−）ＣＯＯＮＨ4］2Ｔｉ（ＯＨ）2が用いられ得る。溶液は混合されるか、または加熱され得る（例えば、９５℃〜９９℃まで加熱される）。原子分率によって示される特定の組成について、金属イオン成分の各々についての重量パーセント単位での比率量が、表１に示される。
【００１３】
【表１】
0005820373.tif 000002
【００１４】
例えば７つおよび９つの成分の試験（ｒｕｎ）に用いられる組成変性チタン酸バリウム粉末の共沈に用いられ得る金属イオン成分は、以下のリストにおいて特定される：バリウム、カルシウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、ネオジム、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ランタン、ハフニウム、およびクロム、またはそれらの任意の組合せ。
【００１５】
表２は、上述したキレート前駆体を用いて形成される組成変性チタン酸バリウム化合物の一例を示す。この例では、得られる化合物の式量は２３７．２４である。
【００１６】
【表２】
0005820373.tif 000003
【００１７】
化学量論量をいくらか超える、シュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウムの別個の溶液が、脱イオン水中で作製され、８．０〜１２．０の範囲、好ましくは約１０．５のｐＨで、９５℃〜９９℃まで加熱される。
【００１８】
組成変性チタン酸バリウムのための様々な湿式化学処理による粉末調製技術が後述される。本方法は、共沈によって所望の粉末を形成するのに反応剤の水溶液を利用する。さらに、本手法は、前駆体としての１つ以上のキレート（好ましくは水溶性または水に対して安定性）の使用を、組成変性チタン酸バリウムの成分を含む成分金属イオンのいくつかまで広げる。一例では、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの水酸化テトラアルキルアンモニウムと組み合わせた、シュウ酸アンモニウム（エタン二酸ジアンモニウムとしても知られている）またはシュウ酸テトラメチルアンモニウム（エタン二酸ビス（テトラメチルアンモニウム）としても知られている）などのシュウ酸テトラアルキルアンモニウムが、水溶液中の前駆体の混合物のための沈殿剤溶液として用いられる。
【００１９】
沈殿剤溶液の体積量は、質量モル濃度（ｍｏｌａｌ）に加えて２０℃における比重が分かっているとき、前駆体溶液の体積モル濃度（ｍｏｌａｒ）から測定され得る。所与の体積モル濃度の沈殿剤として、シュウ酸アニオンが二価の負電荷を有し、水酸化物アニオン（例えば水酸化テトラアルキルアンモニウム）が一価の負電荷を有するため、水酸化物アニオンと比較して半分の数のシュウ酸アニオンが、金属イオンカチオンとの沈殿反応に用いられ得る。水溶液中のシュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラアルキルアンモニウムは、中性またはほぼ中性のｐＨ（例えば、６〜８ｐＨ）であるが、本明細書においては、中性またはほぼ中性のｐＨの前駆体溶液と反応させた際に、混合された溶液のｐＨが８．０〜１２．０ｐＨの範囲となるように、水酸化テトラメチルアンモニウムを添加することによって溶液は十分に塩基性にされる。
【００２０】
特に、沈殿剤溶液は、シュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラアルキルアンモニウムなどのオキサレート源、および水酸化テトラアルキルアンモニウムなどの水酸化物を含む。例えば、溶液は、３：１〜２：３の範囲、２：１〜４：５の範囲、または２：１〜１：１の範囲などの、４：１〜１：２の範囲の水酸化物に対するモル比でオキサレート源を含み得る。シュウ酸テトラメチルアンモニウムの２５％溶液に対する水酸化テトラメチルアンモニウムの２５％溶液の比率は、１０００グラム毎にそれぞれ１４８グラムであり得る。水和オキサレート−水酸化物を沈殿させた粉末の水溶液の配合の好適な温度範囲は、９５℃〜９９℃である。
【００２１】
一例では、オキサレート化合物は、シュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラアルキルアンモニウムを含み得る。例示的なシュウ酸テトラアルキルアンモニウムは、シュウ酸テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＯ）、シュウ酸テトラエチルアンモニウム、シュウ酸テトラプロピルアンモニウム、シュウ酸テトラブチルアンモニウム、またはそれらの任意の組合せを含む。シュウ酸アンモニウム一水和物が、通常、水溶液中でのシュウ酸と水酸化アンモニウムとの反応によって作製される。ｐＨ７において、一般に、未反応のシュウ酸および水酸化アンモニウムは存在しない。シュウ酸アンモニウムは通常、ｐＨ７で用いられるが、製造業者によってｐＨ６．０〜７．０の範囲で提供されることが多い。シュウ酸テトラメチルアンモニウムは、現在入手可能であり、同様に調製される。
【００２２】
水酸化テトラメチルアンモニウム［（ＣＨ3）4ＮＯＨ］の場合、濃度は通常、２０℃で１．０１６の比重で水溶液中２５重量パーセントであり、これは、３．６５７０モル／ｋｇおよび２．７８６５モル／Ｌの濃度に対応する。８０℃において、シュウ酸アンモニウムの溶解度は１．８０５１モル／ｋｇであり、水酸化物アニオンと比較して半分の数のシュウ酸アニオンが、金属イオンカチオンとの沈殿反応に用いられるため、溶液の体積は実質的に等しい。シュウ酸テトラメチルアンモニウムの場合、同じ質量モル濃度が選択され得る。
【００２３】
シュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウムが、２〜５パーセント過剰の化学量論量で存在するとき、前駆体と沈殿剤溶液との反応時間に、および好ましくは９５℃〜９９℃で、８．０〜１２．０の範囲のｐＨを得られるほど十分にｐＨを高めるために、水酸化テトラメチルアンモニウムを添加しても、部分結晶性の水和オキサレート−水酸化物が、ゲル状の水和水酸化物および／または酸化物の代わりに形成される。興味深いことに、２−ヒドロキシカルボン酸およびシュウ酸アニオンは、配位子内に、中心金属またはオキソ金属イオンに対する２つの酸素結合部位を有して二座であり、また、両方とも五員環（ｆｉｖｅ−ｓｉｄｅｄ  ｒｉｎｇ）である。
【００２４】
シュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウム溶液のｐＨは、約７から、２つの反応剤流れの混合の際、ｐＨが混合の際に８〜１２の範囲、好ましくは約１０．６であるほど十分高い値に上げられ、このｐＨにおいて、溶液中の金属およびオキソ金属イオン成分について好ましくは９５℃〜９９℃で沈殿が完全に起こる。ｐＨは、水酸化テトラメチルアンモニウム［（ＣＨ3）4ＮＯＨ］などの水酸化テトラアルキルアンモニウムの中から選択される強塩基を添加することによって、８〜１２のｐＨ範囲、好ましくは約１０．６のポイントに調節され、このｐＨにおいて、９５℃〜９９℃で金属およびオキソ金属イオン成分の沈殿が完全に起こる。
【００２５】
両方の２−ヒドロキシプロパン酸（乳酸）［ＣＨ3ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ］および２−ヒドロキシ−１，２，３−プロパントリカルボン酸（クエン酸）［（ＯＨ）Ｃ（ＣＯＯＨ）（ＣＨ2ＣＯＯＨ）2］がキレート剤として用いられている金属イオンおよびオキソ金属イオン前駆体溶液の調製において、これらは、２０℃における溶液１リットル当たりのモルの濃度、すなわち、モル／Ｌ（ｍｏｌａｒ）、および水１０００グラム当たりのモル、すなわち、モル／ｋｇ（ｍｏｌａｌ）を得る際に、水への溶解度が比較的高いため好ましい。
【００２６】
反応器は、動作条件において少なくとも１．５×１０7ｃｍ／秒3の乱流強度を提供するように構成される。乱流強度は、混合デバイスの無次元定数（ｋ）特性（この反応器の場合、約１．０）と、混合器中の組み合わせられた流体流れの速度の３乗との積を、混合器の内径の２乗で除算した値として定義される。一例では、動作条件は、少なくとも１０００ｃｍ／秒、少なくとも１５００ｃｍ／秒、あるいは少なくとも２０００ｃｍ／秒などの、少なくとも５００ｃｍ／秒の反応管速度を含む。特定の例では、反応管速度は、１５，０００ｃｍ／秒以下、あるいは１０，０００ｃｍ／秒以下などの、２０，０００ｃｍ／秒以下である。例えば、反応器は、閉口端および開口端を有する反応管を含み得る。注入ポートは、閉口端の近位に配置され得る。さらに、これらのポートは、互いに同軸であり、互いに正反対の方向にある。反応剤は、混合されてから、反応器を通って閉口端から開口端に向かって少なくとも５０ミリ秒間かけて流れ、熱水処理チャンバに向けられる。
【００２７】
上述したように、反応器は、少なくとも１．５×１０7ｃｍ／秒3の乱流強度で反応を行うように構成される。特定の実施形態において、このような高い乱流強度は、同軸で正反対の方向の注入部を有する管状反応器を用いて行われる。一実施形態において、反応器は、混合デバイスの無次元定数（ｋ）特性（この反応器の場合、約１．０）と、混合器中の組み合わせられた流体流れの速度の３乗との積を、混合器の内径の２乗で除算した値として定義される高い乱流強度を提供するように構成される。例えば、乱流強度は、少なくとも１０8ｃｍ／秒3、少なくとも１０9ｃｍ／秒3、少なくとも１０10ｃｍ／秒3、あるいは少なくとも５×１０10ｃｍ／秒3などの、少なくとも１．５×１０7ｃｍ／秒3であり得る。一般に、乱流強度は、１０20ｃｍ／秒3以下である。さらに、管状反応器は、少なくとも２０，０００の平均レイノルズ数を提供し得る。例えば、レイノルズ数は、少なくとも６０，０００、少なくとも７０，０００、あるいは少なくとも７５，０００などの、少なくとも４０，０００であり得る。一例では、レイノルズ数は、２００，０００以下である。
【００２８】
反応器は、滞留時間が少なくとも７０ミリ秒間、あるいは少なくとも８０ミリ秒間などの、少なくとも５０ミリ秒間となるように構成され得る。一例では、反応器は、滞留時間が１秒間以下となるように構成される。
【００２９】
特定の実施形態において、誘電体微粒子の形成方法は、反応剤溶液を管状反応器に注入する工程を含む。反応剤溶液のうちの１つは、ニトレートまたはキレートの形態の金属イオンを含み得る。特に、金属ニトレートは、硝酸バリウムを含み得る。さらに、金属ニトレートは、硝酸カルシウムを含み得る。さらに、反応剤溶液は、チタン、ならびにジルコニウム、イットリウム、マンガン、ネオジム、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ランタン、ハフニウム、クロム、またはそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つを含む金属またはオキソ金属イオンを含む金属キレートを含み得る。一例では、金属キレートは、水酸化アンモニウムまたは水酸化テトラアルキルアンモニウムで安定化された、クエン酸などのα−ヒドロキシカルボン酸を含む安定化された金属キレートである。
【００３０】
第２の反応剤溶液は、水酸化テトラアルキルアンモニウム、シュウ酸テトラアルキルアンモニウム、またはそれらの組合せを含み得る。特定の例では、第２の反応性溶液は、水酸化テトラアルキルアンモニウムとシュウ酸テトラアルキルアンモニウムとの混合物を含む。水酸化テトラアルキルアンモニウムまたはシュウ酸テトラアルキルアンモニウムのアルキル基は、メチル基、エチル基、またはプロピル基、あるいはそれらの任意の組合せであり得る。
【００３１】
反応剤溶液は、望ましい乱れ率および他の反応条件の両方を提供するために管状反応器に注入される。特に、乱れ率は、少なくとも１．５×１０7ｃｍ／秒3である。反応のｐＨは、１０〜１２の範囲などの、８〜１２の範囲であり得る。反応器の温度は、８０℃〜１１０℃の範囲、９０℃〜１０５℃の範囲、あるいは９０℃〜１００℃の範囲などの、７５℃〜１２０℃の範囲であり得る。流れの圧力は、用途に応じて９０ｐｓｉ〜１２０ｐｓｉ以上の範囲であり得る。反応器内の滞留時間は、少なくとも５０ミリ秒間であり得る。
【００３２】
管状反応器において、硝酸バリウム、チタンキレート、ならびに他のニトレートおよびキレート成分は、共沈して組成が均一な微粒子を形成する。組成が均一な微粒子内の各粒子は、異なる組成の粒子の混合物と対照的に、ほぼ同じ組成を有する。
【００３３】
一実施形態において、一方が全ての金属イオン化合物前駆体の水溶液を含有し、他方がシュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を含有する２成分の流れが、高い乱流エネルギー環境を提供する流体ジェットカラム中で、同時におよび連続して一緒に反応される。前駆体の飽和またはほぼ飽和した水溶液の全体積は、通常、水溶液中のシュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウムの全体積より多い。この場合、ジェット流体カラムには一般に次の２つの選択肢がある：（１）前者のノズルの断面積を後者のノズルの断面積より比例的に広くして、前者を後者の流量より比例的に多い流量に調節し、２つの流れにかけられる駆動圧を同じにすることによって流れ速度を等しく保つ；および（２）後者のある体積をそれに釣り合う体積の脱イオン水で希釈し、それによって沈殿剤の濃度を低下させる。両方の流れの体積が等しい場合、ノズルは同様であり、流量はほぼ等しく、かけられる駆動圧はほぼ同じである。しかしながら、処理される液体の量は、一般に、第１の選択肢の量より多い。第１の選択肢は、液体処理の量および脱イオン水の使用を低減するという大きな利点を有する。
【００３４】
他の実施形態において、例えば：（１）１つの容器中の１つの溶液を別の容器中の他の溶液に注ぎ入れ、機械的または超音波混合を用いる、および（２）ある所与の流量で１つの容器中の溶液を別の容器中の他の溶液に計量供給し、機械的または超音波混合を用いるなど、他の技術およびデバイスを用いて成分流れを組み合わせることができる。
【００３５】
熱水処理チャンバにおいて、反応器生成物流れは、少なくとも１５０℃の温度および少なくとも１００ｐｓｉの圧力で、少なくとも４時間かけて処理される。例えば、温度は、関連する圧力も上げられる場合、少なくとも１９０℃など、少なくとも１７５℃であり得る。さらに、圧力は、少なくとも２４５ｐｓｉ、あるいは少なくとも２５０ｐｓｉ以上など、少なくとも２２５ｐｓｉであり得る。熱水処理は、少なくとも５時間、あるいは少なくとも６時間など、少なくとも４時間かけて行われる。一例では、熱水処理は、１５０℃〜２００℃の範囲の温度および２２５ｐｓｉ〜２６０ｐｓｉの範囲の圧力で、４時間〜８時間の範囲の時間をかけて行われる。必要に応じて、より高い温度および圧力の組合せが用いられ得る。特定の例では、還流を促進するために、熱水処理容器の上部が冷却され得る。
【００３６】
熱水処理の後に得られるスラリーは、混合容器または熱水タンクからろ過または分離デバイスへと移される。液体相および単離沈殿物からの沈殿物の分離は、従来のろ過、真空ろ過、遠心分離、沈殿、噴霧乾燥、凍結乾燥などを含む様々なデバイスおよび技術を用いて行われ得る。次に、ろ過された粉末に、様々な洗浄、乾燥、ならびに分解および焼成工程を行うことができる。
【００３７】
誘電体微粒子材料は、噴霧乾燥器、パン乾燥器、フラッシュ乾燥器、低温乾燥器、またはそれらの任意の組合せにおいて乾燥され得る。特定の例では、誘電体微粒子材料は、フラッシュ乾燥器において乾燥される。乾燥の前、微粒子材料は、洗浄され、部分的に分離され得る。例えば、微粒子材料は、脱イオン水を用いて洗浄することができ、遠心分離機を用いて濃縮することができる。洗浄および濃縮は、１回以上繰り返すことができる。
【００３８】
残留沈殿剤、シュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウム残留物、ならびに他の残留物は揮発されるため、沈殿した粉末の洗浄は場合による。ある実施形態において、脱イオン（ＤＩ）水洗浄工程、またはある他の洗浄工程が行われる。ここで、非金属イオンを含有するシュウ酸アンモニウムまたはシュウ酸テトラメチルアンモニウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウムによって、釣り合いのとれた量の水溶性の水和およびキレートされた金属イオン種の水溶液が、水和オキサレート−水酸化物として沈殿され、空気中における分解および焼成によって、酸化物（例えば組成変性チタン酸バリウム）に転化される。
【００３９】
微粒子材料は、乾燥されてから、炉中で分解および焼成を行うことができる。例えば、微粒子材料は、２５℃〜１１００℃以上の範囲の温度で加熱され得る。特に、この材料は、酸素化され、撹拌された環境中で加熱されて、有機副生成物の分解および所望の微粒子材料の形成が促進され得る。
【００４０】
溶液からの前駆体の混合物の共沈によるセラミック粉末の調製のための湿式化学方法において、少量の沈殿剤および水が、通常、生成物粉末の微細孔およびナノ細孔内に含まれる。同様に、少量の沈殿剤および水はまた、生成物粉末の表面上に吸着され得る。生成物粉末の空気中での焼成の際、熱分解におけるシュウ酸アニオンの酸素の半分が混合された酸化物化合物の一部になり、残り半分は、炭素とともに、酸化によって二酸化炭素ガス、および以下のものなどの溶液残留物に転化される：シュウ酸アンモニウム［（ＮＨ4）2Ｃ2Ｏ4］（任意の過剰量）またはシュウ酸テトラメチルアンモニウム｛［（ＣＨ3）4Ｎ］2Ｃ2Ｏ4｝（任意の過剰量）、水酸化テトラメチルアンモニウム［（ＣＨ3）4ＮＯＨ］（任意の過剰量）、硝酸アンモニウム（ＮＨ4ＮＯ3）、アンモニウム２−ヒドロキシプロパノエート［ＣＨ3ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＮＨ4）］、およびトリアンモニウム２−ヒドロキシ−１，２，３−プロパントリカルボキシレート［（ＯＨ）Ｃ（ＣＯＯＮＨ4）（ＣＨ2ＣＯＯＮＨ4）2］。このような残留物は、熱分解され、酸化され、それによってＨ2Ｏ、ＮＨ3、ＣＯ、ＣＯ2、Ｎ2、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、およびＮＯ2などの気体生成物に転化される。このような残留物の分解は、気体生成物を許容可能な速度で掃去するのを助けるために許容可能な清浄な乾燥空気流れを用いて、規定の温度範囲にわたって規定の温度上昇速度で行われる。同じ分解は、一般に、後述されるようにキレート剤として選択され得るいかなる２−ヒドロキシカルボン酸にも当てはまる。
【００４１】
乾燥後および解凝集（ｄｉｓａｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）後、湿式化学処理で共沈させた混合オキサレート−水酸化物セラミック粉末は、分解および焼成用のチャンバに移される。図１に示されるように、管組立体１００は、第１の部分１０２および第２の部分１０４を含む。端部１１２における第１の部分１０２および端部１１４における第２の部分１０４は、協働して係合して、セラミック粉末を入れることができるチャンバを形成する。例えば、端部１１２における第１の部分１０２は、第２の部分１０４の端部１１４における狭い円錐形領域を受け入れるための広いテーパー状の開口を含み得る。
【００４２】
部分（１０２および１０４）の各々の中には、小さい孔径のフィルタディスク（１０８および１１８）に固定するためのリングを保持している肩部があり得る。孔径は、粉末がプロセス中に確実に流出しないように選択され得る。例えば、孔径は、０．１μｍ以下であり得る。特に、フィルタ（１０８および１１８）は、部分（１０２および１０４）の材料の熱的特性と適合する熱的特性を有する材料で形成される。例えば、部分（１０２および１０４）は、シリカガラス（石英ガラス）で形成され得、フィルタ（１０８および１１８）は、シリカガラス（石英ガラス）で形成され得る。
【００４３】
特定の例では、組立体１００は、図１に示されるように、部分１０２において、部分１０２に溶接される石英フィルタ１０８とともに、コネクタ部分１０６（例えば、５０−３０玉継手）および第１のチャンバ部分１１０（例えば、４５−５０外継手）を含む。組立体１００は、図１に示されるように、部分１０４において、部分１０４に溶接される石英フィルタ１１８とともに、コネクタ部分１２０（例えば、５０−３０玉継手）を含み、コネクタ／フィルタ組立体は、第２のチャンバ部分１１６（例えば、４５−５０内継手）に溶接される。特定の例では、コネクタ部分１０６および１２０は、それぞれ玉継手１２４および１２２を含み、これらは、玉継手１２４および１２２を通って、フィルタ１０８および１１８ならびにチャンバ部分１１０および１１６へのアクセスを与える開口を含む。
【００４４】
一例では、第２のチャンバ部分１１６は、第１のチャンバ部分１１０に連結して、焼成されることになる粉末を受け入れるチャンバを形成し得る。図示されるように、第２のチャンバ部分１１６は、第１のチャンバ部分１１０の開口と摩擦嵌めすることができる円錐形部分を含む。第２のチャンバ部分１１６は、第１のチャンバ部分１１０および部分１０２から切り離すことができ、これにより粉末を第１のチャンバ部分１１０に充填することができる。部分１０２および１０４は、接続することができ、組立体１００は、横型炉に入れることができる。
【００４５】
例示的実施形態において、図１に示されるように、組立体１００の構成要素は、例えば、図示されるように右側に以下のもの：
１）端部組立体に溶接される石英の０．１μｍ孔径フィルタを備えた５０−３０玉継手；および
２）玉継手組立体に溶接される４５−５０内継手
を含み得；図示されるように左側に以下のもの：
１）左側の組立体に溶接される石英の０．１μｍ孔径フィルタを備えた５０−３０玉継手組立体；および
２）５０−３０玉継手組立体に溶接される４５−５０外継手
を含み得る。
【００４６】
図２に示されるように、組立体１００は、組立体１００の両端に１つずつ、２つのカプラ継手２０２および２０４によって横型炉２１０中に保持される。例えば、２つのカプラ継手２０２および２０４は、ステンレス鋼で形成され得る。２つのカプラ継手２０２および２０４は、炉２１０のフレーム２２６に取り付けられ、管組立体１００の両端におけるコネクタ部分１０６および１２０に接続されるときに組立体１００が炉組立体２００の中央を通って位置合わせされるように位置合わせされ得る。カプラ継手２０２および２０４は、カプラ継手２０２および２０４をコネクタ部分１０６および１２０に留め付けるのを助けるためのＯリング２０６および２０８を含み得る。特に、Ｏリング２０６および２０８は、２つの異なる材料を互いに留め付けるのを、例えば、金属を石英に留め付けるのを助け得る。さらに、固定具を用いて、炉２１０の動作中にコネクタ部分１０６および１２０とカプラ継手２０２および２０４とを互いにしっかりと保持することができる。例えば、玉継手１２４および１２２は、ボールカプラにおいてそれぞれカプラ継手２０４および２０２に固定され得る。特定の例では、カプラ継手２０２および２０４は、中空のボールカプラに接続される中空管である。カプラ継手２０２および２０４の外端には磁性流体軸受シール２１４および２１６があり、これらは、管状の炉フレーム２２６に取り付けられ、かつ組立体１００の位置合わせならびに炉組立体２００に対するカプラ継手２０２および２０４の保持を確実にし得る。
【００４７】
運転中、清浄な乾燥空気が、カプラ継手２０２および２０４ならびに管組立体１００を通って流れる。例えば、清浄な乾燥空気は、少なくとも１５ＣＦＭなどの、少なくとも毎分１０立方フィート（ＣＦＭ）の速度で流れ得る。別の例では、清浄な乾燥空気は、４０ＣＦＭ以下、あるいは３０ＣＦＭ以下などの、５０ＣＦＭ以下の速度で流れ得る。特定の例では、清浄な乾燥空気の流れの方向は交互に変わり、例えば、少なくとも１０秒後など、少なくとも５秒後に方向が変化する。清浄な乾燥空気は、５０秒以下、あるいは４０秒以下など、６０秒以下の時間の後、方向が変化し得る。
【００４８】
歯車／モーター駆動組立体２１２および２１８が、カプラ継手２０４に取り付けられ、処理の間、規定の速度で組立体１００を回転させる。一例では、組立体１００は、少なくとも毎分２０回転、あるいは少なくとも毎分４０回転などの、少なくとも毎分１回転の速度で回転される。組立体１００は、毎分１００回転以下、毎分８０回転以下、あるいは毎分７０回転以下などの、毎分１２０回転以下の速度で回転され得る。特定の例では、組立体１００は、毎分５０回転〜毎分７０回転などの、毎分４０回転〜毎分７０回転の速度で回転される。
【００４９】
粉末が管組立体１００に入れられ、管組立体１００が炉組立体２００に設置された後、コントローラ（図示せず）が、炉組立体２００の処理パラメータの制御を行うことが可能である。例えば、石英管組立体が規定の速度で回転され、清浄な乾燥空気流れが規定の速度に設定され、石英組立体を通る交互の方向の清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）流れの持続時間が設定され、温度分布が規定の温度設定および主な温度持続時間で延びる。
【００５０】
例えば、１５〜３０ＣＦＭの交互のＣＤＡ流れの持続時間の間、管状炉温度は、分解および焼成がうまく行われた後、室温へと許容可能に温度を低下させることができるような形で上昇される。異なる粉末組成物は、管状炉の温度コントローラの設定を変更することによって調節可能な異なる温度上昇および低下の分布を用いることができる。
【００５１】
一例では、焼成は、１０００℃〜１１００℃以上の範囲の温度で行われ得る。組成変性チタン酸バリウム粉末の例示的な温度の上下動のサイクルは以下のような一連の順序を有する：
・粉末から水を除去する、例えば、３０分間で２５℃〜２００℃の上昇；
・ＣＯ2の発生を開始する、例えば、１８０分間で２００℃〜６００℃の上昇；
・ＣＯ2の発生を調節する、例えば、１２０分間で６００℃〜８５０℃の上昇（例えば、発生ガスのＦＴＩＲ分析を用いて調節され得る）；
・焼成を開始する、例えば、６０分間で８５０℃〜１０５０℃の上昇；
・焼成する、例えば、１８０分間、１０５０℃で持続；
・冷却する、例えば、６０分間で１０５０℃〜３００℃の低下；
・Ｏ2を導入する、例えば、１２０分間、３００℃で持続；および
・さらに冷却する、例えば、６０分間で３００℃〜２５℃の低下。
【００５２】
得られる誘電セラミック粒子は望ましい特性を有する。プロセスの結果として、望ましい誘電体微粒子が提供される。特に、誘電体微粒子は、望ましい粒径および粒径分布を有する。例えば、平均粒径が、０．１マイクロメートル未満または１０マイクロメートル超のサイズの粒子を除外して、少なくとも０．６４μｍあるいは少なくとも０．７μｍなど、少なくとも０．６μｍである。一例では、平均粒径は、０．６４〜１．５μｍの範囲、０．７μｍ〜１．５μｍの範囲、０．９〜１．５μｍの範囲、０．９〜１．４μｍの範囲、または１．２〜１．５μｍの範囲などの、０．６〜２μｍの範囲である。あるいは、平均粒径は、０．６μｍ〜０．９μｍ、あるいは０．６４μｍ〜０．９μｍの範囲などの、０．６μｍ〜１μｍの範囲であり得る。いずれの場合も、粒径分布は、０．５以下の半値高さ比（ｈａｌｆ  ｈｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）を示す。半値高さ比は、平均径に集中している分布ピークの分布の最大高さの半分における幅と、平均粒径における幅との粒径分布の幅の比率として定義される。例えば、半値高さ比は、０．４以下、０．３以下、あるいは０．２以下などの、０．４５以下であり得る。さらに、標準偏差は、１．５マイクロメートル以下、１．３マイクロメートル以下、１．２マイクロメートル以下、あるいは１．１５マイクロメートル以下などの、２．０マイクロメートル以下であり得る。
【００５３】
特定の実施形態において、誘電セラミック微粒子は、立方晶ペロブスカイト組成変性チタン酸バリウム粉末を含む。バリウムは、カルシウム、ネオジム、ランタン、またはそれらの組合せで少なくとも部分的に置換され、チタンは、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ハフニウム、クロム、またはそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つで少なくとも部分的に置換される。組成変性チタン酸バリウム粉末は、０．６〜１．５マイクロメートルの範囲の平均粒径、および０．５以下の半値幅比（ｈａｌｆ  ｗｉｄｔｈ  ｒａｔｉｏ）を有する。
【００５４】
特に、セラミック粉末は、−４０℃〜８５℃の温度範囲または−２５℃〜５５℃の温度範囲などの温度範囲で常磁性である。さらに、セラミック粉末は、ストロンチウムまたは鉄イオンを含まないかまたは低濃度で有する。特に、セラミック粉末は、上記の温度範囲内で、少なくとも１８０００などの少なくとも１５０００の比誘電率（Ｋ）などの高誘電率を有する。一例では、誘電体微粒子は、少なくとも１５，０００、少なくとも１７，５００、少なくとも１８，０００、あるいは少なくとも２０，０００などの望ましい比誘電率を示す。一例では、比誘電率は、少なくとも３５，０００、少なくとも５０，０００、少なくとも６５，０００、あるいは少なくとも８０，０００以上など、少なくとも３０，０００であり得る。誘電複合体の絶縁破壊電圧は、少なくとも２ＭＶ／ｃｍ、少なくとも４ＭＶ／ｃｍ、あるいは少なくとも５ＭＶ／ｃｍなど、少なくとも１ＭＶ／ｃｍであり得る。
【実施例】
【００５５】
実施例１
２つの反応剤流れを管状反応器に導入する。第１の流れは、硝酸バリウム、Ｔｙｚｏｒ（登録商標）の商品名でＤｕＰｏｎｔ（商標）から入手可能な有機チタンキレート、ならびに、カルシウム、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、ネオジム、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ランタン、ハフニウム、またはクロムから選択される以下の表３に示される７つの金属成分を含む微量の他の金属ニトレートおよび金属またはオキソ金属シトレートを含む。第２の流れは、水酸化テトラメチルアンモニウムとシュウ酸テトラメチルアンモニウムとの混合物を含む。第１の流れは、第２の流れの流量より約４倍多い流量を有する。管状反応器は、約８．３×１０10ｃｍ／秒3の乱流強度および約７８，０００のレイノルズ数を有する。溶液のｐＨは、１０〜１２に保たれ、両方の流れの温度は約９５℃である。
【００５６】
反応器中に形成される微粒子材料を、１５０℃で３００ｐｓｉの定格を有する圧力タンクを用いて熱水処理する。タンクの上部を冷却して水蒸気を凝結させ、それによって溶液の体積を処理の持続時間にわたって確実に一定に保つ。微粒子を含む液体流れをタンクに供給するとき、プロセスパラメータを、６時間にわたって２５０ｐｓｉおよび１５０℃に設定する。ｐＨを１０〜１２の範囲に保つために水酸化テトラメチルアンモニウムを添加する。圧力および温度を上昇させると、熱水処理の持続時間が短縮され得る。
【００５７】
熱水処理の後、粒子を洗浄し、遠心分離機において濃縮し、フラッシュ乾燥させ、上述した手順にしたがって、図１および図２に示される組立体において、２５℃〜１０５０℃以上の範囲の温度で分解および焼成を行う。図３は、熱水処理の後の粒子分布を示す。図示されるように、平均粒径は約４．２４μｍであり、標準偏差は約１．１６μｍである。図４は、分解および焼成の後の粒径分布を示す。平均粒径は０．６７μｍであり、標準偏差は１．１４μｍである。図５は、結晶の性質を示し、結晶が均一な立方晶ペロブスカイト結晶であり、高誘電率を有し得ることを示している。
【００５８】
収率パーセントを測定するために、水性出発前駆体の組成を確認する。共沈プロセスが完了した後、固形分を除去し、残っている液体を分析する。組成変性チタン酸バリウム（ＣＭＢＴ）粉末に入っている各成分のパーセンテージを測定する。水溶液の分析を、Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ  Ｏｐｔｉｍａ  ２１００ＤＶ  ＩＣＰ−ＯＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析装置）において行う。Ｈｉｇｈ  Ｐｕｒｉｔｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｉｎｃの規格に基づいて、各分析について検量線を生成する。０．０５００ｐｐｍ〜１０．０ｐｐｍの範囲の少なくとも８つの標準溶液を検量に用いる。生成される検量線の相関係数は、全濃度範囲にわたって全ての成分について０．９９９を超える。線形相関に影響を及ぼす、誤ったポイントが確実に存在しないように、各検量線を手作業で検査する。分析および希釈を三回行う。実施例１に用いられる７つの成分の初期の濃度が表３にまとめられ、３０〜約４０，０００ｐｐｍの範囲であった。ＣＭＢＴ粉末をろ過して取り除いた後の浴の分析により、１０ｐｐｍ未満の成分濃度がＣＭＢＴ粉末の各成分のほぼ１００％の収率に等しいことが示される。
【００５９】
【表３】
0005820373.tif 000004
【００６０】
実施例２
実施例２では、流れ１および２が実施例１と同じである。２つの反応剤流れを管状反応器に導入する。第１の流れは、硝酸バリウム、Ｔｙｚｏｒ（登録商標）の商品名でＤｕＰｏｎｔ（商標）から入手可能な有機チタンキレート、ならびに、カルシウム、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、ネオジム、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ランタン、ハフニウム、またはクロムから選択される金属を含む微量の他の金属ニトレートおよび金属またはオキソ金属シトレートを含む。第２の流れは、水酸化テトラメチルアンモニウムとシュウ酸テトラメチルアンモニウムとの混合物を含む。第１の流れは、第２の流れの流量の約４倍多い流量を有する。管状反応器は、約１．９×１０7ｃｍ／秒3の乱流強度および約２７，０００のレイノルズ数を有する。
【００６１】
反応器中に形成される微粒子材料を、１５０℃で３００ｐｓｉの定格を有する圧力タンクを用いて熱水処理する。タンクの上部を冷却して水蒸気を凝結させ、それによって溶液の体積を処理の持続時間にわたって確実に一定に保つ。微粒子を含む液体流れをタンクに供給するとき、プロセスパラメータを、６時間にわたって２５０ｐｓｉおよび１５０℃に設定する。ｐＨを１０〜１２の範囲に保つ。得られる微粒子を、上述した手順にしたがって分解し、焼成する。
【００６２】
熱水処理の後、粒子を洗浄し、遠心分離機において濃縮し、フラッシュ乾燥させ、２５℃〜１０５０℃以上の範囲の温度で分解および焼成を行う。分解および焼成の後、平均粒径は約１．３８μｍであり、半値幅比は０．４４未満である。比誘電率（Ｋ）は、−２０℃〜５５℃の温度範囲あるいは用途に応じてより広い温度範囲にわたって１８，５００〜１２５，０００以上の範囲である。
【００６３】
実施例３
実施例２のプロセスと同様のプロセスを、９つの成分の金属イオンを用いて行う。出発水性混合物の９つの成分の濃度は、５０〜数千ｐｐｍの範囲である。粉末製造プロセスが完了した後、成分は、検出不能な濃度から最大８．４４ｐｐｍまでの範囲である。組成変性チタン酸バリウム粉末中で結晶化される成分のパーセントの各々は、表４にまとめられるように９９．５２％〜１００％の範囲である。
【００６４】
【表４】
0005820373.tif 000005
【００６５】
上述したように、図３および図４は、実施例１で製造される組成変性チタン酸バリウム粉末の粒径を０．６μｍ〜０．８μｍの範囲に低減するための、焼成システムおよびプロセスの有効性を示す。堀場（Ｈｏｒｉｂａ）レーザー散乱粒径分布分析装置ＬＡ−９５０において組成変性チタン酸バリウム粉末を試験することによって粒径データを得る。図５は、実施例１で製造される粉末のＸ線回折試験からのデータを示す。このようなデータは、活性化化学物質が除去された立方晶ペロブスカイト結晶構造を示す。定量Ｘ線回折データは、活性化化学物質の除去がｐｐｂレベルの試験閾値未満であることを示し、これは、分解および焼成プロセス、分解および焼成システム、ならびに粉末製造のこの段階へとつながる粉末処理工程の有効性を示す。これらの工程は以下のとおりである：
・化学物質をキレートして、最大９つまでの複数の成分の混合を可能にする；
・化学物質を活性化して、成分が組成変性チタン酸バリウム粉末中に効果的に沈殿するのを可能にする；
・沈殿プロセス中、粉末サイズが望ましいものになるように、活性化化学物質と成分キレート化学物質とを高強度で混合する；
・１００％またはほぼ１００％の組成が均一でかつサイズが均一な粉末を提供するのを助ける後の粉末熱水高温／高圧活性化プロセス；ならびに
・組成変性チタン酸バリウム粉末に高純度、所望のサイズ、および所望の結晶構造を提供するのを助ける分解および焼成システムおよびプロセス。
【００６６】
以下は、実施例１の粉末を試験することから得られるさらなるデータである。図６は、粉末の立方形および立方形により得られる最密密度（ｃｌｏｓｅ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を示す。図７は、−２０℃〜５５℃の温度範囲にわたる比誘電率についての試験データを示す。特に、比誘電率は、０℃〜３５℃の範囲などの−２０℃〜６５℃の範囲の温度で、少なくとも５００００、少なくとも６５０００など、少なくとも３５０００である。さらに、比誘電率は、少なくとも３５℃などの温度で、少なくとも７００００、あるいは少なくとも７５０００であり得る。さらに、２５℃の周囲温度から外れると、セラミックコンデンサの試験規格に改良をもたらす。Ｘ７Ｒセラミックコンデンサの標準規格は、それらの規定の温度範囲にわたって＋１５％および−１５％であるが、本発明の粉末は−２．１％の負の偏差を有し、これは、セラミックコンデンサ技術における大きな改良を示している。示される温度範囲にわたって比誘電率を測定するための試験システムは、Ａｇｉｌｅｎｔ  ４２６３Ｂ  ＬＣＲ計測器および備品、Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ  Ｓｕｂ−Ｚｅｒｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．のＭｉｃｒｏ  Ｃｌｉｍａｔｅ  Ｕｎｉｔ、ＩＥＴ  Ｌａｂｓ，Ｉｎｃ．のＣＳ−３０１キャパシタンス代替器（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｒ）、およびＯｍｅｇａｅｔｔｅ  ＨＨ  ３１４  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｅｔｅｒである。
【００６７】
第１の実施形態において、炉組立体は、第１および第２の端部、第１の端部に配置される第１の継手、第２の端部における円錐形部分、第１の端部と第２の端部との間に配置される第１のフィルタ、ならびに第１のフィルタと流体連通して第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分を含む。炉組立体は、第１および第２の端部、第１の端部に配置される第２の継手、第２の端部に配置され、かつ第１の部分の円錐形部分を受け入れるための開口、第１の端部と第２の端部との間に配置される第２のフィルタ、ならびに第２のフィルタと流体連通して第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分をさらに含む。第１の部分と第２の部分とが係合されると、第１のフィルタと第２のフィルタとの間にチャンバが形成される。チャンバは、第１および第２の部分のそれぞれの第１の端部と流体連通している。
【００６８】
第１の実施形態の一例では、第１および第２の部分は、石英ガラスで形成される。別の例では、第１および第２の継手は玉継手を含む。
【００６９】
第２の実施形態において、炉組立体は、中空部分が中を通って延在している炉を含み、かつチャンバ組立体を含む。チャンバ組立体は、第１および第２の端部、第１の端部に配置される第１の継手、第２の端部における円錐形部分、第１の端部と第２の端部との間に配置される第１のフィルタ、ならびに第１のフィルタと流体連通して第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分を含む。さらに、チャンバ組立体は、第１および第２の端部、第１の端部に配置される第２の継手、第２の端部に配置され、かつ第１の部分の円錐形部分を受け入れるための開口、第１の端部と第２の端部との間に配置される第２のフィルタ、ならびに第２のフィルタと流体連通して第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分を含む。第１の部分と第２の部分とが係合されると、第１のフィルタと第２のフィルタとの間にチャンバが形成される。チャンバは、第１および第２の部分のそれぞれの第１の端部と流体連通している。
【００７０】
第３の実施形態において、誘電体粉末の形成方法は、沈殿した前駆体粉末をチャンバ組立体のチャンバに入れる工程を含む。チャンバ組立体は、第１および第２の端部、第１の端部に配置される第１の継手、第２の端部における円錐形部分、第１の端部と第２の端部との間に配置される第１のフィルタ、ならびに第１のフィルタと流体連通して第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分を含む。チャンバ組立体は、第１および第２の端部、第１の端部に配置される第２の継手、第２の端部に配置され、かつ第１の部分の円錐形部分を受け入れるための開口、第１の端部と第２の端部との間に配置される第２のフィルタ、ならびに第２のフィルタと流体連通して第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分も含む。第１の部分と第２の部分とが係合されると、第１のフィルタと第２のフィルタとの間にチャンバが形成される。チャンバは、第１および第２の部分のそれぞれの第１の端部と流体連通している。本方法は、沈殿した前駆体粉末を焼成温度まで加熱する工程をさらに含む。
【００７１】
第３の実施形態の一例では、本方法は、チャンバ組立体を加熱しながら回転させる工程をさらに含む。回転させる工程は、少なくとも毎分１回転かつ毎分１２０回転以下の速度で回転させる工程を含み得る。
【００７２】
別の例では、本方法は、チャンバを通して空気を注入する工程をさらに含む。空気を注入する工程は、交互の方向に注入する工程を含み得る。例えば、空気注入の方向は、少なくとも１０秒の間隔で変化し得る。一例では、間隔は６０秒以下である。
【００７３】
第４の実施形態において、誘電体粉末の形成方法は、共沈した前駆体粉末を、第１および第２のポートを有するチャンバに入れる工程と、チャンバを炉に入れる工程と、沈殿した前駆体粉末を加熱する工程と、第１および第２のポートを介してガスを交互に注入する工程とを含む。
【００７４】
第４の実施形態の一例では、第１および第２のポートを介して空気を交互に注入する工程は、ある間隔で、第１のポートにガスを注入し、第２のポートからガスを受け入れる工程と、その後、第２のポートにガスを注入し、第１のポートからガスを受け入れる工程とを含む。例えば、間隔は少なくとも５秒である。一例では、間隔は６０秒以下である。
【００７５】
別の例では、共沈した前駆体は、オキサレート−水酸化物微粒子を含む。特定の例では、加熱する工程は、１０００℃〜１１００℃の範囲の温度まで加熱する工程を含む。
【００７６】
第５の実施形態において、誘電セラミック微粒子が、立方晶ペロブスカイト構造を有する組成変性チタン酸バリウムを含む。誘電セラミック微粒子は、−２０℃〜５５℃の温度範囲内の各温度で少なくとも６５，０００の比誘電率を有する。第５の実施形態の一例では、誘電セラミック微粒子は、少なくとも１ＭＶ／ｃｍの絶縁破壊電圧を有する。
【００７７】
第５の実施形態の別の例では、組成変性チタン酸バリウムは、カルシウム、ネオジム、ランタン、またはそれらの組合せで少なくとも部分的に置換されたバリウムと、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ハフニウム、クロム、またはそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つで少なくとも部分的に置換されたチタンとを含む。
【００７８】
全般的な説明または実施例で上述した作業の全てが必要というわけではないこと、所定の作業の一部が不要であり得ること、および上述した作業に加えて１つ以上のさらなる作業が行われ得ることに留意されたい。さらにまた、作業が列挙される順序は、必ずしも作業が行われる順序であるとは限らない。
【００７９】
上記の明細書において、概念を特定の実施形態を参照して説明してきた。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更および変形を行うことができることを理解する。したがって、本明細書および図は、限定の意味ではなく例示の意味で考えられるべきであり、全てのこのような変更は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【００８０】
本明細書において使用される際の用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらの任意の他の活用形は、非限定的な包含を含めることが意図される。例えば、特徴の列挙を含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていないかあるいはこのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の特徴を含み得る。さらに、相反する明示的な記載がない限り、「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を指す。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のうちの１つによって満たされる：Ａが真であり（または存在する）かつＢが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在しない）かつＢが真である（または存在する）、ＡおよびＢの両方とも真である（または存在する）。
【００８１】
また、単数形（「ａ」または「ａｎ」）の使用が、本明細書に記載の要素および構成要素を説明するのに用いられる。これは、便宜上行われるに過ぎず、本発明の範囲の一般的な意味を与えるものである。この説明は、１つまたは少なくとも１つを含むものと読まれるべきであり、単数形はまた、複数でないことを意味することが明らかでない限り、複数形を含む。
【００８２】
利益、他の利点、および課題に対する解決策を特定の実施形態に関して上述した。しかしながら、利益、利点、課題に対する解決策、ならびに何らかの利益、利点、または解決策を想到させるか、またはそれらをより顕著にする何らかの特徴は、請求項のいずれかまたは全ての重要な特徴、必要な特徴、または本質的な特徴と解釈されるべきではない。
【００８３】
本明細書を読んだ後、当業者には、分かりやすくするために、別個の実施形態の文脈で本明細書に記載される特定の特徴が、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解されよう。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載される様々な特徴が、別個に提供されるかまたは任意の副次的な組合せで提供されてもよい。さらに、範囲で記載される値への言及は、その範囲内のあらゆる値を含む。
本発明はまた、以下の内容を包含する。
（１）
第１の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第１の継手、前記第２の端部における円錐形部分、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第１のフィルタ、ならびに前記第１のフィルタと流体連通して前記第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分と；
第２の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第２の継手、前記第２の端部に配置され、かつ前記第１の部分の前記円錐形部分を受け入れるための開口、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第２のフィルタ、ならびに前記第２のフィルタと流体連通して前記第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分と
を含む炉組立体であって；
前記第１の部分と前記第２の部分とが係合されると、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間にチャンバが形成され、前記チャンバが、前記第１および第２の部分の前記それぞれの第１の端部と流体連通している、
炉組立体。
（２）
前記第１および第２の部分が石英ガラスで形成されている、項目１に記載の炉組立体。
（３）
前記第１および第２の継手が玉継手を含む、項目１に記載の炉組立体。
（４）
中空部分が炉中を通って延在している炉と；
チャンバ組立体と
を含む炉組立体であって、前記チャンバ組立体が：
第１の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第１の継手、前記第２の端部における円錐形部分、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第１のフィルタ、ならびに前記第１のフィルタと流体連通して前記第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分と；
第２の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第２の継手、前記第２の端部に配置され、かつ前記第１の部分の前記円錐形部分を受け入れるための開口、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第２のフィルタ、ならびに前記第２のフィルタと流体連通して前記第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分と
を含み；
前記第１の部分と前記第２の部分とが係合されると、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間にチャンバが形成され、前記チャンバが、前記第１および第２の部分の前記それぞれの第１の端部と流体連通している、
炉組立体。
（５）
誘電体粉末の形成方法であって、
沈殿した前駆体粉末をチャンバ組立体のチャンバに入れる工程であって、前記チャンバ組立体が：
第１の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第１の継手、前記第２の端部における円錐形部分、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第１のフィルタ、ならびに前記第１のフィルタと流体連通して前記第１の部分を通って延在している管腔を含む第１の部分と；
第２の部分であって、第１および第２の端部、前記第１の端部に配置された第２の継手、前記第２の端部に配置され、かつ前記第１の部分の前記円錐形部分を受け入れるための開口、前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された第２のフィルタ、ならびに前記第２のフィルタと流体連通して前記第２の部分を通って延在している管腔を含む第２の部分と
を含み；
前記第１の部分と前記第２の部分とが係合されると、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間に前記チャンバが形成され、前記チャンバが、前記第１および第２の部分の前記それぞれの第１の端部と流体連通している、工程と、
前記沈殿した前駆体粉末を焼成温度まで加熱する工程と
を含む方法。
（６）
前記チャンバ組立体を加熱しながら回転させる工程をさらに含む、項目５に記載の方法。
（７）
回転させる工程が、少なくとも毎分１回転かつ毎分１２０回転以下の速度で回転させる工程を含む、項目６に記載の方法。
（８）
前記チャンバを通して空気を注入する工程をさらに含む、項目５〜７のいずれか一項に記載の方法。
（９）
空気を注入する工程が、交互の方向に注入する工程を含む、項目８に記載の方法。
（１０）
前記空気注入の方向が、少なくとも１０秒の間隔で変化する、項目９に記載の方法。
（１１）
前記間隔が６０秒以下である、項目１０に記載の方法。
（１２）
誘電体粉末の形成方法であって、
共沈した前駆体粉末を、第１および第２のポートを有するチャンバに入れる工程と；
前記チャンバを炉に入れる工程と；
前記沈殿した前駆体粉末を加熱する工程と；
前記第１および第２のポートを介してガスを交互に注入する工程と
を含む方法。
（１３）
前記第１および第２のポートを介して空気を交互に注入する工程が、ある間隔で、前記第１のポートにガスを注入し、前記第２のポートからガスを受け入れる工程と、次いで、前記第２のポートにガスを注入し、前記第１のポートからガスを受け入れる工程とを含む、項目１２に記載の方法。
（１４）
前記間隔が少なくとも５秒である、項目１３に記載の方法。
（１５）
前記間隔が６０秒以下である、項目１３に記載の方法。
（１６）
前記共沈した前駆体がオキサレート−水酸化物微粒子を含む、項目１３に記載の方法。
（１７）
加熱する工程が、１０００℃〜１１００℃の範囲の温度に加熱する工程を含む、項目１３に記載の方法。
（１８）
立方晶ペロブスカイト構造を有する組成変性チタン酸バリウムを含む誘電セラミック微粒子であって、−２０℃〜５５℃の温度範囲内の各温度で少なくとも６５，０００の比誘電率を有する誘電セラミック微粒子。
（１９）
少なくとも１ＭＶ／ｃｍの絶縁破壊電圧を有する、項目１８に記載の誘電セラミック微粒子。
（２０）
前記組成変性チタン酸バリウムが、カルシウム、ネオジム、ランタン、またはそれらの組合せで少なくとも部分的に置換されたバリウムと、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、スズ、亜鉛、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ハフニウム、クロム、またはそれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つで少なくとも部分的に置換されたチタンとを含む、項目１８または１９に記載の誘電セラミック微粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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