(57)【要約】【解決手段】本発明は非常に良好な焼結性および電導性のセラミックスを製造する方法に関する。低い焼結温度、有利なペロブスカイト構造およびある範囲内で調整できる熱膨張係数の様なその性質の結果として、このセラミックスは高温型燃料電池の電導性連結要素としてまたはピエゾセラミックとして使用するのに特に適している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）金属錯塩形成剤を含む水溶液中に
−  グループＡ’＝（Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ
）の硝酸塩および／または炭酸塩としての少なくとも１種の化合物
および
−  グループＢ＝（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｂｉ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｚｒ）の硝酸塩および／または炭酸塩としての少
なくとも１種の第二化合物
を溶解し；
ｂ）この水溶液を加熱し、その際に金属錯塩形成剤が分解しそしてセラミックス
材料が生じる
各段階を含むセラミックス材料の製造方法。
【請求項２】
グループのＡ”＝（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）の硝酸塩および／または炭酸塩としての少なくとも１種類の第三化合物を上記水溶液に溶解する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
金属錯塩形成剤としてポリカルボン酸を使用する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
クエン酸を金属錯塩形成剤として使用する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
７００℃まで加熱する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
生じた材料が一般式ＡＢＯ３ のペロブスカイト構造で存在する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
水溶液中の金属の化学量論量を式
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｂ
［式中、０≦ｘ≦０．６でそして０≦ｙ≦０．２である。］
に従って調整する請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
水溶液中のグループＭの金属の化学量論量を式
Ｂ＝Ｂ’１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｂ”’ｂ
［式中、Ｂ’＝（Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ）
Ｂ”＝（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｚｒ）
Ｂ”’＝（Ｃｕ，Ｂｉ）
０≦ａ≦１、０≦ｂ≦０．８である］
に従って調整する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一つに従って製造された、下記式の化学量論組成を有するセラミックス材料：
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｂ’１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｂ”’ｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ）
Ａ”＝（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）
Ｂ’＝（Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ）
Ｂ”＝（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｚｒ）
Ｂ”’＝（Ｃｕ，Ｂｉ）
０≦ｘ≦０．６、  ０≦ｙ≦０．２
０≦ａ≦１  および  ０≦ｂ≦０．８である］
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか一つに従って製造された、下記式の化学量論組成を有するセラミックス材料：
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｍｎ１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｃｕｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）
Ａ”＝（Ｃａ，Ｓｒ）
Ｂ”＝（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ）
０≦ｘ≦０．４、  ０≦ｙ≦０．１
０≦ａ≦０．６  および  ０≦ｂ≦０．６である］
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか一つに従って製造された、下記式の化学量論組成を有するセラミックス材料：
Ａ’１−ｘ−ｙ−ｚ Ｙｚ Ａ”ｘ Ｂ’１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｃｕｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）
Ａ”＝（Ｃａ，Ｓｒ）
Ｂ’＝（Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ）
Ｂ”＝（Ｓｂ，Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）
０≦ｘ≦０．８、  ０≦ｙ≦０．１、  ０≦ｚ≦０．８
０≦ａ≦０．４  および  ０．１≦ｂ≦０．５である］
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか一つに従って製造された、下記式の化学量論組成を有するセラミックス材料：
Ａ’１−ｘ−ｙ−ｚ Ｙｚ Ａ”ｘ Ｍｎ１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｃｕｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）
Ａ”＝（Ｃａ，Ｓｒ）
Ｂ”＝（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ）
０≦ｘ≦０．８、  ０≦ｙ≦０．１、  ０≦ｚ≦０．８
０≦ａ≦１  および  ０．１≦ｂ≦０．６である］
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の材料を含む燃料電池用連結要素。
【請求項１４】
請求項１３の少なくとも１つの連結要素を含む燃料電池スタック。
【請求項１５】
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の材料を含むピエゾセラミックのための接触要素。
【請求項１６】
ピエゾセラミックス、および請求項１５の少なくとも１つの接触要素を含むセラミック構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックス材料、特に導電性セラミックス材料、並びにその製法および用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性セラミックスは一般に構造部材の間の連結要素として使用される。これらのセラミックスは一方においては２つの構造部材の間の電気的接触を保証し、これらの構造部材と連結要素とは継ぎ合わせ工程の結果として密接で物質論理的に適合した（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ） 接触を持つ。もう一方においてはかゝるセラミックによって、電流によって構造部材の物理化学的変化を誘発する（活性物質機能）ためかまたは構造部材の物理化学的性質の変化を電気的に測定可能な値に変換する（センサー機能）ために、構造部材中にまたは上に導電路を形成することができる。
【０００３】
文献から、低焼結性セラミックスをもたらす沢山の製造方法が公知である。ゾル−ゲル−中間生成物またはナノ段階の粉末を経る合成法も、セラミックスの焼結温度を下げるために非常にしばしば引用されている。しかしかゝる方法は非常に高価な（しばしば有機金属系の）原料および助剤を必要としそして大抵は非常に僅かな量でしか製造できないという欠点がある（例えば、米国特許第４，６３６，３７８号明細書参照）。
【０００４】
低焼結性のセラミックスを得る別の方法はヨーロッパ特許（Ｂ１）第０，２８０，０３３号明細書から公知である。この場合には例えば水酸化物または蓚酸塩を経る沈殿反応が行われる。この場合には、錯塩組成の場合に一方においては分離現象を起こす傾向があるか、または塩の様々な溶解性の生成物のために不完全にしか沈殿せずそしてそれ故に生成物の化学量論から逸脱している塩がしばしば生じるという欠点がある。しばしばある別の欠点は、製造方法の経費を高める有機系溶剤または洗浄剤を使用する点である。
【０００５】
更に米国特許第３，３３０，６９７号明細書からは、鉛およびアルカリ土類金属からニオブ酸塩、ジルコナートおよびチタナートを製造する方法が公知である。この場合には最初にポリヒドロキシアルコールおよびクエン酸よりなる溶液中で、チタン、ジルコニウムおよびニオブを含有する化合物を鉛−またはアルカリ土類金属塩と混合する。この溶液を加熱することによって有機成分を除く。この製造方法は文献にペチニ（Ｐｅｃｈｉｎｉ）法として記載されている。しかしながらこの方法は該特許文献に記載されている通り、低焼結性セラミックには適していない。そこで使用されるポリヒドロキシアルコールは、カチオンおよびクエン酸を含む主溶液を加熱によって重合することによって粘性のある樹脂に変換してしまうという欠点を有している。更に大量の有機助剤は、記載された実施例においては広範囲の高温のもとで粘性樹脂を自然燃焼させてしまう。この製法を用いる特別な試験でも、また中間生成物の制御不能の発火を基礎とする他の製法を用いる試験でも、得られるセラミックス粉末の焼結性が著しく制限されることがわかった。それ故に樹脂の燃焼を意味する加熱は低焼結性セラミックスの製造では絶対に避けるべきである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来技術に比較して改善された焼結性および低い焼結温度を有するセラミックス材料を提供することである。更にこのセラミックス材料は良好な電気的性質を有しているべきである。加えて、本発明の課題はかゝるセラミックス材料を製造する方法を提供することでもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明の方法の場合には、少なくとも２種の異なる金属硝酸塩または−炭酸塩が水溶液中に金属錯塩形成剤と一緒に溶解され、濃縮されそして低温で固体に変換される。
【０００８】
上記金属は、第一のグループＡ’＝（Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ）の少なくとも１種類の金属および第二のグループＢ＝（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｂｉ）の少なくとも１種類の金属が適する。
【０００９】
この場合、金属錯塩形成剤としては上記の金属を錯塩化することができそしてこれら金属を金属イオンとして溶液中にもたらす、水に可溶性のあらゆる錯塩形成剤が適する。これらには特に乳酸、クエン酸、クエン酸エステルが、また酒石酸も属する。更に他のポリカルボン酸、ポリヒドロキシカルボン酸またはポリアミノカルボン酸、例えばＥＤＴＡ（エチレン−ジアミン−テトラ−酢酸）が適する。
【００１０】
金属錯塩形成剤および金属塩よりなる溶液を、金属錯塩形成剤が分解する様に加熱する。これは例えばガス状の一酸化炭素または二酸化炭素（ＣＯ、ＣＯ２ ）またはガス状の窒素酸化物（ＮＯｘ ）の放出によって生じる。加熱によって同時に水溶液から水が蒸発し、その結果最初に溶解されたあるいは錯塩化された金属イオンが固体を形成する。
【００１１】
本発明の有利な一つの実施態様において、Ａ”＝（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）のグループの少なくとも１種類の他の金属を硝酸塩または炭酸塩として水溶液に溶解する。
【００１２】
本発明の別の一つの実施態様において、金属化合物は所定の割合で使用される。この場合、金属の化学量論は以下の組成を有するセラミックスのそれに相当する：ＡＢＯ３ 、Ａ２ ＢＯ４ またはＡ２ Ｂ２ Ｏ７ （ただし、Ａは上述のグループＡ’およびＡ”の元素でありそしてＢは上述のグループＢの元素である）。
【００１３】
更に、本発明の方法においてグループＢの種々の金属をいろいろな比で使用した場合に有利であることがわかった。この場合、以下の組成が特に有利であることがわかった：
【００１４】
【表１】
2004517791.tif 000002
ａ）〜ｋ）の所に記載した組成は燃料電池において使用するのに特に適している。他方、ｌ）〜ｐ）の所に記載した組成はピエゾセラミックスに使用するのに有利である。
【００１５】
水溶液の加熱は特に好ましくは最初に、水の半分が蒸発されるまでゆっくり実施する。次いで温度を更に高め、特に７００℃まで高める。この温度では本発明の材料は有利にもペロブスカイト、あるいは主成分としてペロブスカイトを有する多相セラミックスに変換される。
【００１６】
請求項８の本発明のセラミックス材料は本発明の方法に従って製造されそして以下の組成を有している：
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｂ’１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｂ”’ｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ）
Ａ”＝（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）
Ｂ’＝（Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ）
Ｂ”＝（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｚｒ）
Ｂ”’＝（Ｃｕ，Ｂｉ）
ｘ＝０〜０．６、ｙ＝０〜０．２
ａ＝０〜１、ｂ＝０〜０．８である。
【００１７】
この材料は電導性であり、慣用のセラミックスに比較して一様に明らかに改善された焼結性を有している。改善された焼結性とは、第一に８００℃から１０００℃より明らかに下の範囲内にある低い焼結温度範囲を意味する。第二にかゝる材料はかゝる材料のための従来技術により知られているよりも小さい粒度分布を有する。個々の粒子の一般的粒度（８０％より多い成分）は０．２〜７μｍの範囲内にあり、１から２μｍの平均粒子径を有する。この小さい粒度は焼結過程の間にセラミックスの著しく改善された均一性を一様にもたらす。
【００１８】
更に使用される金属を適切に選択することによって１×１０−６Ｋ−１〜１６×１０−６Ｋ−１、特に３．５×１０−６Ｋ−１〜１３×１０−６Ｋ−１の範囲内でほぼ任意に調整できる。これは実施例組成ｌ）、ｎ）およびｐ）に該当する。
【００１９】
熱膨張係数の調整は、本発明の材料を連結要素として高温型燃料電池の場合にまたはピエゾ−または誘電体と一緒に使用する時に特に有利である。それらの熱膨張係数は２０℃〜６００℃の間の温度において約３．５〜６．５×１０−６Ｋ−１の範囲内にある。この様な適切な熱膨張係数を有する層は慣用の連結要素、例えば銀、パラジウムまたは白金よりなるものの場合よりも一様に小さい機械的応力をもたらす。これらは同じ温度範囲内において実質的に大きな膨張係数を有する（Ａｇでは２２．５×１０−６Ｋ−１、Ｐｄでは１３．５×１０−６Ｋ−１およびＰｔでは９．８×１０−６Ｋ−１）。更に記載の実施例組成ｌ）、ｍ）およびｐ）はピエゾ−または誘電体の元素を含有しており、その結果非常に良好な化学的相容性および小さいピエゾ−および誘電特性が一様にセラミックスの改善された長期間安定性を保証する。
【００２０】
本発明のセラミックスは例えば、一般にバリウムチタナートまたは鉛−ジルコニウム−チタン酸化物（ＰｂＺｒ１−ｘ Ｔｉｘ Ｏ３ 、略してＰＺＴ）よりなるピエゾ誘電体（活性物質またはセンサー）において使用するのが有利である。これらの両方の種類の物質は、本発明のセラミックスの有利な実施態様と同様に、ペロブスカイトよりなる。
【００２１】
材料がペロブスカイトとして存在する場合には、このものは小さいピエゾ電気的性質を有し、その結果、このものから製造された構造部材に機械的負荷をかけた際に各成分の間に小さな応力が生じそしてそれによって構造部材の長い寿命に寄与する。
【００２２】
更に本発明の材料は電導性連結要素として、特に金属−金属−、金属−セラミックス−またはセラミックス−セラミックス−接続の場合に使用するのに特に適している。
【００２３】
本発明の材料よりなる連結要素は更に、このセラックスで金属製双極板とカソードとの間の固体接続物（ｆｅｓｔｅ Ｆｕｅｇｕｎｇ） を製造する高温型燃料電池（ＳＯＦＣ）で使用するのにも適している。この場合、本発明のこのセラミックス材料は電導性接点物質として銀、パラジウムまたは白金の様な貴金属と交換できる。この場合、従来技術の改善が僅かな材料費でもたらされる。
【００２４】
ＰＺＴ−セラミックスと本発明の連結材料との間での適用および接続が容易に実現できることで有利である。慣用のＰＺＴ−セラミックスを使用する場合には、このセラミックスは一般に約１２００℃で焼結される。従って６００〜１０００℃での接続工程はただちに実現できる。更に、低焼結性ＰＺＴ−セラミックスは１０００℃以下の焼結温度で本発明の材料と一緒に焼結でき、それによって方法段階、即ち温度処理を省略することが可能である。
【００２５】
図面および実施例：
以下において本発明を図面および実施例によって更に詳細に説明する：
図１は９００℃で３時間温度処理した後のペロブスカイトのセラミックス粉末（
ＬＣＣ−Ａ）のＸ線回折図である。
図２はペロブスカイトのセラミックス粉末の粒度分布のグラフである。
図３は９００℃までの、５種のペロブスカイトセラミックス試料の焼結曲線であ
る。最も高い収縮速度は約８５０℃で生じる。
図４は９００℃で２時間焼結した後の、分級された接触層（ＬＣＣ−Ｂ）の組織
である。
図５は燃料電池接合工程をシュミレーションするために、僅かな圧力負荷下での
９００℃までのガラスセラミックス（白丸記号）およびセラミック製接触ペ
ーストＬＣＣ−Ｂ（塗りつぶされた記号）の収縮挙動を図示している。
【００２６】
【実施例】
実施例１：
実施例１としてＬａ０．８ Ｃａ０．２ Ｃｒ０．１ Ｃｏ０．６ Ｃｕ０．３ Ｏ３ の理論組成を有する１００ｇの粉末充填剤の製造を説明する。原料として以下の化学物質を使用する：    Ｌａ（ＮＯ３ ）３ ×６Ｈ２ Ｏ              ＝  １５２．７ｇ
Ｃａ（ＮＯ３ ）２ ×４Ｈ２ Ｏ              ＝    ２０．８ｇ
Ｃｒ（ＮＯ３ ）３ ×９Ｈ２ Ｏ              ＝    １７．７ｇ
Ｃｏ（ＮＯ３ ）２ ×６Ｈ２ Ｏ              ＝    ７７．０ｇ
Ｃｕ（ＮＯ３ ）２ ×３Ｈ２ Ｏ              ＝    ３２．０ｇ
クエン酸・１水和物                      ＝  １７０．０ｇ
秤量した各塩を少量の蒸留水（必要とされる量だけ）中に平底を有する石英製容器中で攪拌下に溶解する。塩が完全に溶解した後に二倍のモル量のクエン酸を添加しそして同様に、カチオンを錯塩化するために溶液にする。
【００２７】
この混合物を、粘性の物質が生じるまで加熱板上で蒸発処理する。次いでガスバーナーで温度を、固体物質となるまで注意深く更に高める。この場合、この相中で混合物がクエン酸が分解し始めるので著しく収縮する傾向があり得る。この混合物を次いで室炉中で３Ｋ／分の加熱速度で７００℃で３時間、空気にさらしてか焼する。
【００２８】
次いでこうして得られた粉末を、大きな凝集物を粉砕するために遊星粉砕装置（ＰＭ）中で粉砕する。この量の粉末に適する粉砕条件としてはＺｒＯ２ 製磨砕用容器中でφ１ｃｍの磨砕ボールでエタノール中で６０００回転／分で２時間を選択する。
【００２９】
本発明の材料の更なる特別な実施態様をあり得る有利な用途分野との関係で続いて行う。
【００３０】
実施例２：高温型燃料電池での用途
高温型燃料電池は一般に以下の成分で構成されている：
酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニウム（ＹＳＺ）よりなる電解質、ランタンマンガナイトよりなるカソードおよびＮｉとＹＳＺの複合材料よりなるアノード。
【００３１】
十分に大きい出力を得るために、個々の電池を互いに直列に接続して電池スタックとする。この目的のためには、電気的に連結された構造部材、いわゆる内部コネクターとして、Ｆｅ−Ｃｒをベースとする合金が適する。同時に製造公差を調整するために、上記の粉末よりなるセラミックスペーストによって個々の電池を互いに連結する。この目的のために接合プロセスにおいて電池スタックを温度処理に付す。その際にペーストは硬化しそして拡散工程のために後続の隣接の電池構成成分としっかり連結する。この連結要素は燃料電池の運転条件のもとで高い電導性を示し、残りの電池構成成分に適合した熱膨張係数、化学的安定性、およびカソードと類似の化学組成を有しているために隣接の電池構成成分との相容性を有する。
【００３２】
接合プロセスの間に、連結要素の良好な焼結性のために、生じる層の収縮は、アノードとカソードとの間の気体空間を密閉するために必要とされる、同時に焼結するガラスセラミックスの収縮に非常に良好に適合させることができる（図５参照）。
【００３３】
それ故に本発明の思想の特別な実施態様は、内部コネクターまたはカソードに連結層として適用されそして有利な以下の化学組成を有するセラミックス材料に関する：
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｂ’１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｂ”’ｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ）
Ａ”＝（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）
Ｂ’＝（Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ）
Ｂ”＝（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｚｒ）
Ｂ”’＝（Ｃｕ，Ｂｉ）
ｘ＝０〜０．６、  ｙ＝０〜０．２
ａ＝０〜１  および  ｂ＝０〜０．８である］
以下の組成の従来の化合物が特に有利な組成であることが実証されている：
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｍｎ１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｃｕｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）
Ａ”＝（Ｃａ，Ｓｒ）
Ｂ”＝（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ）
ｘ＝０〜０．４、  ｙ＝０〜０．１
ａ＝０〜０．６  および  ｂ＝０〜０．６である］
連結要素と鋼材との間の境界層に高温が負荷される間に中でもクロマート、例えばＣａＣｒＯ４ が生じるので、Ａ”の割合をできるだけ少なく、特にｘ＝０に選択する。しかしながらこの選択はＡ”の割合の減少と共に同様に低下する必要な導電性に実質的に依存する。
【００３４】
実施例３：ピエゾセラミックスの場合の、例えばセンサーおよび活性物質のた
めの接点としての用途
ＰＺＴ−セラミックスのために、高温型燃料電池で用いるためよりも小さい熱
膨張係数が実現される。この目的のためにＹおよびＣｒをその割合を増やして使
用する。多過ぎるイットリウム割合は導電性を極度に低下させる。
【００３５】
しかしながらこの効果はＡ”の割合を増やすことによって相殺することができる。
【００３６】
組成の変動幅は次の様に総括できる：
Ａ’１−ｘ−ｙ−ｚ Ｙｚ Ａ”ｘ Ｍｎ１−ａ−ｂ Ｍ”ａ Ｃｕｂ Ｏ３
［式中、Ａ’＝（Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）
Ａ”＝（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）
ｘ＝０〜０．８、  ｙ＝０〜０．０５、  Ｚ＝０．１〜０．８
およびＭ”＝Ｃｒでａ＝０〜０．４、ｂ＝０．１〜０．６の場合、
Ｍ”＝Ｆｅでａ＝０〜１、ｂ＝０．１〜０．６の場合、
Ｍ”＝Ｃｏでａ＝０〜０．３、ｂ＝０．１〜０．６の場合
並びに上記の範囲内のＣｒ、Ｆｅ，Ｃｏカチオンを有する混合物。
【００３７】
更に０．２までの割合でＢ”＝（Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）を添加するのが有利である（これについては、実施例組成物ｌ）〜ｎ）参照）。この規模での添加は化学的拡散傾向を低下させそして連結用途とＰＺＴ−セラミックスとの間の化学的相互作用を低減させる。これらの材料は公知の方法に従って分級技術によって活性物質またはセンサー中にまたは上で導電路に加工することを可能とし、その際に接続工程はセラミックス成型体の製造後または該製造と同時に行うことができる。
【００３８】
図面の説明：
図１は９００℃で３時間熱処理した後の実施例１に記載の粉末（ＬＣＣ−Ａ）のＸ線回折図を示している。生じる回折モデルはペロブスカイト構造に配位しており、他の結晶質相の追加的Ｘ線反射が認めることができない。高い銅濃度の場合には、同様に高い導電性を有しそして用途の邪魔にはならない銅酸錯塩が生じる。
【００３９】
図２は種々の組成の粉末の粒度分布を示している。製造後に、遊星粉砕装置（ＰＭ）で２時間の短期粉砕期間の後に粉砕されている約２０μｍまでの直径を有する凝集粒子が存在する。その時にこれらの粉末は１〜２μｍの平均粒度（ｄ５０）の非常に均一な粒度分布をそれぞれ有する。遊星粉砕装置で更に粉砕した場合には、約０．８μｍの僅かだけ小さい値の平均粒度が達成される。全体として粒子の８０％以上が一様に０．２〜７μｍの粒度を有する。
【００４０】
図３は、圧縮された試験体について測定したペロブスカイトセラミック試料の５つの焼結曲線を例示的に示している。６００〜７００℃での初めの収縮はか焼された粉末中の、クエン酸塩が分解した際に生じ得る炭酸塩残留物の分解に起因している。高温では８００〜９００℃での本来の収縮が開始する。既に９００℃で２０〜３０％の長手方向の収縮がある。
【００４１】
（ＬＣＣ−Ｂ）としての上記の接点材料のセラミックスペーストよりなりそして９００℃で２時間焼結した焼結試料の形態を図４に示す。個々のセラミックス粒子はこの温度で既に互い非常に良好に焼結しており、高い導電性を有する安定な透過性の網状構造を形成する。セラミックスの一次粒子は０．５〜１μｍの平均径を有している。
【００４２】
図５はプレス成形された試験体の収縮挙動の測定値を示している。図４に示した長手方向の変化は材料の潜在性および傾向から見たそれの収縮挙動を示しているが、例えば高温型燃料電池の接続工程の間の収縮は現実に近い条件のもとでのみ試験してもよい。この目的のために、かゝる燃料電池を実施例１の接点材料ＬＣＣ−Ａよりなるペーストで被覆し、ガラス−ハンダで密封しそして上側および下側の内部コネクター板の間に電池スタックのシュミレーションのために光学的観察装置を備えた炉中に入れる。接合の間に構成要素連結体の上に僅かな負荷を掛けそして接点相の厚さおよびガラス−ハンダの厚さの変化を測定する。図５の曲線経過から、実際に使用した場合に接点層が約４０％程収縮することがわかる。更にセラミックスの収縮は使用したガラス−ハンダの焼結挙動に良好に適合している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は９００℃で３時間温度処理した後のペロブスカイトのセラミックス粉末（ＬＣＣ−Ａ）のＸ線回折図である。
【図２】
図２はペロブスカイトのセラミックス粉末の粒度分布のグラフである。
【図３】
図３は９００℃までの、５種のペロブスカイトセラミックス試料の焼結曲線である。最も高い収縮速度は約８５０℃で生じる。
【図４】
図４は９００℃で２時間焼結した後の、分級された接触層（ＬＣＣ−Ｂ）の組織である。
【図５】
図５は燃料電池接合工程をシュミレーションするために、僅かな圧力負荷下での９００℃までのガラスセラミックス（白丸記号）およびセラミック製接触ペーストＬＣＣ−Ｂ（塗りつぶされた記号）の収縮挙動を図示している。
【図１】
2004517791.tif 000003
【図２】
2004517791.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004517791.tif 000009
2004517791.tif 000010
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月30日(2002.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０００℃以下の焼結温度および下記の化学量論的組成を持つペロブスカイト構造を持つセラミックス材料：
Ａ’１−ｘ−ｙ Ａ”ｘ Ｂ’１−ａ−ｂ Ｂ”ａ Ｂ”’ｂ Ｏ３
［式中、Ａ’は（Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）のグループの少なくとも１種類の元素または混合物であり、
Ａ”は（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）のグループの少なくとも１種類の元素または混合物であり、
Ｂ’は（Ｍｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｚｒ）のグループの少なくとも１種類の元素または混合物であり、
Ｂ”はＣｏであり、
Ｂ”’は（Ｃｕ，Ｂｉ）のグループの少なくとも１種類の元素または混合物であり、
そして、０＜ｘ≦０．４、０≦ｙ≦０．１、０．０９＜ａ≦０．６および
０．０９≦ｂ≦０．６である］。
【請求項２】
０．３＜ａ≦０．６である請求項１に記載のセラミックス材料。
【請求項３】
０．１５≦ｂ≦０．６である請求項１または２に記載のセラミックス材料。
【請求項４】
Ａ’−位の元素としてＬａを有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のセラミックス材料。
【請求項５】
Ａ’−位の元素として少なくともＹを有する、請求項１〜４のいずれか一つに記載のセラミックス材料。
【請求項６】
Ｂ”’位の元素としてＣｕを有する、請求項１〜５のいずれか一つに記載のセラミックス材料。
【請求項７】
Ｂ’位の元素としてＣｒ、ＴｉまたはＭｎを有する、請求項１〜５のいずれか一つに記載のセラミックス材料。
【請求項８】
９００℃の温度まで加熱した際に少なくとも１０％、特に好ましくは１５％より多い収縮を示す、請求項１〜７のいずれか一つに記載のセラミックス材料。
【請求項９】
以下の化学量論組成
【表１】
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を有する、請求項１〜８のいずれか一つに記載のセラミックス材料。
【請求項１０】
燃料電池の連結要素として請求項１〜９のいずれか一つに記載の材料を用いる方法。
【請求項１１】
ピエゾセラミックのための接点要素として請求項１〜１０のいずれか一つに記載の材料を用いる方法。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか一つに記載のセラミックス材料を製造する方法において、
ａ）金属錯塩形成剤を含む水溶液中に
−  グループＡ’＝（Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ）の硝酸塩および／または炭酸塩
としての少なくとも１種類の化合物および
−  グループＢ’＝（Ｍｎ、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ
，Ｗ，Ｚｒ）の硝酸塩および／または炭酸塩としての少なくとも１種類の
化合物および
−  グループＢ”’＝（Ｃｕ，Ｂｉ）の硝酸塩および／または炭酸塩としての少
なくとも１種類の化合物および
−  Ｃｏの硝酸塩および／または炭酸塩
を溶解し；
ｂ）この水溶液を加熱し、その際に金属錯塩形成剤が分解しそしてセラミックス  材料が生じる
各段階を含む、上記方法。
【請求項１３】
グループＡ”＝（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）の硝酸塩および／または炭酸塩としての少なくとも１種類の第三化合物を上記水溶液に溶解する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
金属錯塩形成剤としてポリカルボン酸を使用する、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
クエン酸を金属錯塩形成剤として使用する、請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
７００℃まで加熱する、請求項１２〜１５のいずれか一つに記載の方法。
【国際調査報告】
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