[发明专利]导电性钙铝石型化合物的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电性钙铝石型化合物的制造方法。

背景技术

钙铝石型化合物具有12CaO·7Al₂O₃(以下记为C12A7)这一代表组成，具有三维连接的由直径约0.4nm的空隙即孔笼(ケ一ジ，cage)构成的特征结晶结构。构成该空隙的的骨架带正电荷，每单位晶格形成12个空隙。为了满足结晶的电中性条件，该空隙的1/6被氧离子占据。但是该氧离子与构成骨架的其它氧离子具有化学上的特异特性，因此被特别称为游离氧离子。由于上述情况，C12A7结晶被表示为[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺·2O^2-(非专利文献1)。

另外，作为钙铝石型化合物已知有12SrO·7Al₂O₃(以下记为S12A7)，也存在具有任意的Ca与Sr混合比的C12A7与S12A7的混晶化合物(非专利文献2)。

细野等人发现，将C12A7结晶的粉末或其烧结体在H₂气氛中进行热处理，使H离子包接在空隙中，再接着通过照射紫外光使电子包接在空隙中，可以在室温下诱导持久的导电性(专利文献1)。该被包接的电子被松缓地束缚在空隙中，可以在结晶中自由运动，因此赋予钙铝石型化合物的C12A7结晶以导电性。但是，该方法所得的导电性钙铝石型化合物由于不能包接充分量的电子，因此导电性不充分。

细野等人还发现，如果使用碱金属蒸气对C12A7单晶进行还原处理，则空隙中的自由氧离子被电子置换，可以制备单晶的导电性钙铝石型化合物(专利文献1)。但是，在该方法中，如要制备单晶，则在利用钙的还原处理中需要长时间，因此难以用于工业化生产。

以往，已知有通过一般的玻璃制备方法的熔融骤冷法，得到具有C12A7组成的玻璃的技术(参考非专利文献3)，已知如果将该玻璃再加热使之结晶化，则生成钙铝石型化合物的C12A7。Li等人报道，通过空气中的熔融骤冷而得到的C12A7玻璃的再结晶化中必要的温度为940～1040℃，另外，生成的主要的晶相为钙铝石型化合物的C12A7结晶，得到作为副产物的CaAl₂O₄结晶(非专利文献4)。但是，这样得到的钙铝石型化合物为在空隙中具有游离氧的绝缘体。

细野等人发现，通过将C12A7结晶在碳坩锅中熔融制得的透明的玻璃在氧分压为10^-11Pa的极低气氛中于1600℃再加热1小时，或者在真空中于1000℃再加热30分钟使之结晶化，生成导电性钙铝石型化合物(非专利文献5)。但是，再加热处理中需要在用于将玻璃再熔融的高温度以及极低氧分压的气氛或真空中进行再加热处理，因此难以使用该方法在工业上廉价且大量地生产。、

【专利文献1】WO 2005-000741号公报

【非专利文献1】F.M.Lea和C.H.Desch，The Chemistry of Cementand Concrete，第二版，p.52，Edward Arnold & Co.，伦敦，1956.

【非专利文献2】O.Yamaguchi，A.Narai，K.Shimizu，J.Am.Ceram.Soc.1986，69，C36.

【非专利文献3】今冈稔、ガラスハンドブック(昨花、高桥、境野编)、朝仓书店、880页(1975)

【非专利文献4】W.Li，B.S.Mitchell，J.Non-Cryst.Sol.1999，255(2，3)，199.

【非专利文献5】S.W.Kim，M.Miyakawa，K.Hayashi，T.Sakai，M.Hirano和H.Hosono，J.Am.Chem.Soc.，http://pubs.acs.org/journals/jacsat/，网页发布日期：2005年1月15号)

发明的揭示

本发明的目的在于解决以往技术中存在的上述缺点。即，在以往技术中，为了制备导电性钙铝石，需要高额的设备、复杂的反应条件的控制、高温或长时间的反应。因此，难以稳定且低成本地制造具有良好特性的导电性钙铝石型化合物。