JP2004338998A - ジルコニアビーズ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平均粒径が50μm未満、標準偏差6μm以下、円形率95%以上、圧縮強度140kgf/mm2以上のジルコニアビーズ;及び、ジルコニア粉末のスラリーを、25〜60℃で噴霧乾燥することを特徴とするジルコニアビーズの製造方法。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はジルコニアビーズ及びその製造方法に関し、さらに詳細には、従来の製法で製造されるものより小さい粒径のジルコニアビーズ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのカーボン素材、ディスプレーのコーティング材などの機能材料として、数nm(ナノメートル)〜100nm領域の素材、いわゆるナノテク素材が注目されている。これらのナノテク素材を均一に単分散させる際には、1)強い剪断を掛ける強力な撹拌、2)微小なギャップを通過させるミル、3)微小ビーズをメディアとして用いた解砕、分散などが利用されている。微小ビーズとしては現在平均粒径50ミクロン程度までのジルコニアビーズ等が市販されている。
【0003】
このようなビーズの製法としては、転動法、プレス法、液中造粒法などが用いられている。しかし、転動法、プレス法では微小なビーズの製造が困難である。
さらに微小な平均粒径を有するビーズの製造方法としては、水等の架橋液体を使用する方法や水とアルコール等の液体を併用する液中造粒法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、この方法によると選択的に粒径を制御することは困難であり、さらに、製造できるジルコニアビーズの平均粒径は50μm以上である。
従って、ナノテク素材のようなより微小な粒径の素材を分散させるために、平均粒径が50μm未満のさらに細かい粒径のビーズに対する需要が急速に高まっている。
【0004】
【特許文献1】
特許第2707528号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、より微小な粒径の素材を分散させるために有用な、さらに細かい平均粒径を有するジルコニアビーズを提供することである。
本発明の他の目的は、上記さらに細かい平均粒径を有するジルコニアビーズの製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記ビーズよりも大きな平均粒径を有するジルコニアビーズの製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のジルコニアビーズ及びその製造方法を提供するものである。
1.平均粒径が50μm未満、標準偏差10μm以下、好ましくは8μm以下、さらに好ましくは6μm以下、円形率85%以上、好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、圧縮強度100kgf/mm2以上、好ましくは120kgf/mm2以上、さらに好ましくは140kgf/mm2以上のジルコニアビーズ。
2.ジルコニア粉末のスラリーを、20〜80℃、好ましくは20〜70℃、さらに好ましくは25〜60℃で噴霧乾燥することを特徴とするジルコニアビーズの製造方法。
【0007】
【発明の実施の形態】
微小ビーズに求められる特性としては、緻密な組織をもち、十分な強度を有すること、滑らかな表面を有すること、シャープな粒径分布を有することなどが挙げられる。本発明者は、ジルコニア粉末のスラリーを、従来の常識では考えられない低温領域で噴霧乾燥することにより、従来公知の方法では作製が困難であった直径が50μm未満、特に40〜10μmの微小ビーズが製造しうるということを発見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明は、ジルコニアの微小ビーズを、1)選択的に、2)歩留まりよく、3)低いコストで作るための新たな手法を提供するものである。
原料ジルコニア粉末としては、例えば、市販の部分安定化ジルコニア等が使用できる。
ジルコニア粉末を、分散剤、例えば、ポリアクリル酸系分散剤(例えば、東亜合成;A−6114)を用いて高分散させたジルコニア水溶液(ジルコニア濃度70〜75質量%)に、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)(例えば、クラレ;PVA−205)等の高分子バインダーを、ジルコニア水溶液100質量部に対して0.1〜1.0質量部添加し、例えば、ジルコニアメディアを300〜500質量部加え、18〜30℃で24〜48時間、解砕、分散させ、ジルコニア濃度60〜70質量%の均一なスラリーを作る。
【0009】
このスラリーを、20〜80℃、好ましくは20〜70℃、さらに好ましくは25〜60℃程度の気流中に、2流体ノズルもしくは回転ディスク等により噴霧し、数μm〜50μm程度の核を作る。この際、スラリーの粘度が1500〜2000cpsとなるようにスラリーの温度を制御する。この気流中にて乾燥された造粒物をサブミクロンオーダーのフィルター(バグフィルター)にて捕集する。スラリーの粘度、乾燥温度、気流速度が望ましい範囲にないと、造粒物は中空もしくはくぼみのあるエクボ状になってしまう。上記操作は例えば、図1に示すような装置中で行うのが便利である。
このジルコニア核をメッシュ上で流動させながら上記スラリーを希釈して噴霧する事によってコーティングしながら所定の粒径まで成長させる。この際、スラリー濃度を好ましくは5〜30質量%、さらに好ましくは10〜20質量%に、流動床に送る気流の温度を好ましくは20〜80℃、さらに好ましくは25〜60℃に制御することにより、希望する粒径のビーズの未焼成物を得る。上記操作は例えば、図2に示すような装置中で行うのが便利である。
【0010】
得られたジルコニアビーズの未焼成物を必要により分級し、所望の粒径範囲のビーズを得る。粒径の小さいものについてはさらに、上記コーティング処理を行い、所望の粒径とし、粒径の大きいものについては、さらに大きな粒径のジルコニアビーズの核として使用する。このため本発明では原料のロスなく目的のジルコニアビーズを製造することができる。
【0011】
得られた所望の粒径のジルコニアビーズを焼成前、もしくは仮焼状態(800〜1000℃程度で8〜18時間焼成)で撹拌、もしくは転動させることにより整粒し、さらに1300〜1650℃で24〜48時間焼成して焼結体を得る。
この焼結体を、遊星ボールミル、媒体撹拌ミル、遠心バレル、回転バレルなどにより表面研磨したのち、分級、粒形選別してジルコニアビーズ製品を得る。
【0012】
本発明の上記製法を用いることにより、従来の方法では製造ができなかった平均粒径10μm〜50μm未満のジルコニアビーズが製造できる。さらに本発明の方法を適用することにより、平均粒径が50μm以上〜500μm程度までのジルコニアビーズを製造することができる。
こうして得られるジルコニアビーズは、従来の製法により得られたものと比較して表面の平滑度が高く、組織が緻密であり、圧縮強度が高い。
【0013】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。なお、「部」は特に明記しない限り質量部である。
上記成分を10Lの塩化ビニル製のポットに入れ、さらにジルコニアメディア(φ2.5mm)を5000部加え、室温(18〜25℃)で32時間かけて解砕、分散させ均一なスラリーを得た。これをスラリーAとする。
【0014】
▲2▼図1に示すような、直径300mmのアクリル製の筒の中に下方より、40±5℃の温風を20m3/時間で均一に流した。さらにこの筒の下部より2流体ノズルを用いて先ほどのスラリーAを100g/時間で均一に噴霧した。このときスラリーの粘度が1600cpsになるようにスラリーの温度を25℃とした。
この気流中にて乾燥された造粒物をサブミクロンオーダーのフィルター(バグフィルター)にて捕集した。
▲3▼この造粒物を分級し、平均粒径約50μmの造粒物を得た(収率76%)。
▲4▼これを1000℃で15時間仮焼し、ポリ塩化ビニル製のパン上にて室温(18〜25℃)で24時間転動させ整粒した。
▲5▼これを1500℃にて焼成(昇温40時間、保持3時間)し、焼結体を得た。これを分級し、遠心バレルにてジルコニアメディア(φ0.8mm)とともに30〜40℃で6時間研磨した。さらに媒体撹拌ミル(コトブキ技研工業株式会社製商品名「アペックスミル」)にて45℃で6時間研磨して表面状態を滑らかにした。
▲6▼さらに、分級、粒形選別した後、平均粒径40μmグレードの微小ビーズを得た。
【0015】
得られた微小ジルコニアビーズは、密度6.03g/cm3、平均粒径41.1μm、標準偏差5.3μm、円形率95.2%(円形率=4π×100×(投影面積)/(投影周囲長)2)、圧縮強度145kgf/mm2であった。
【0016】
実施例2
▲1▼図1に示すように、直径300mmのアクリル製の筒の中に下方より、30±5℃の温風を45m3/時間で均一に流した。さらにこの筒の下部より2流体ノズルを用いて先ほどのスラリーAを50g/時間で均一に噴霧した。このときスラリーの粘度がl400cpsになるようにスラリーの温度を25℃に制御した。この気流中にて乾燥された造粒物をサブミクロンオーダーのフィルター(バグフィルター)にて捕集した。
▲2▼これを分級し粒径20μm以下の造粒物を得た(収率66%)。
▲3▼この造粒物を、図2に示すように、焼結合金製のメッシュ(500メッシュ)上にて、50±5℃、流速5.2m3/時間の温風により流動させ、この流動層に、先のスラリーAを3.8倍に希釈したスラリーを2流体ノズルにより上方より300g/時間で均一に噴霧した。
▲4▼1時間掛けて20μm以下の造粒物に噴霧スラリーを300g/時間で噴霧してコーティングし、平均粒径約50μmの造粒物を得た。
▲5▼これを実施例1と同様に分級、仮焼、製粒後、焼成し、焼結体を得た。さらに研磨、分級、粒形選別し、平均粒径40μmグレードの微小ビーズを得た。
得られたジルコニアビーズは、密度6.07g/cm3、平均粒径40.5μm、標準偏差5.8μm、円形率94.8%、圧縮強度162kgf/mm2であった。
【0017】
実施例3
実施例2において、工程▲4▼のコーティング時間をさらに1〜20時間に延ばした他は同様にして、望ましい粒径(50−500μm)のビーズを得た。
【0018】
実施例4
実施例1の工程▲2▼において、2流体ノズルの代わりに回転ディスクによりスラリーAを噴霧した他は、同様の操作を行った。実施例1と同様のジルコニアビーズが得られた。
【0019】
比較例1
実施例1において、40±5℃の温風を100±5℃の温風に変えた他は同様の操作を行った。得られた造粒物は中空かつエクボ状のくぼみがあり、偏平な形状(長径/短径=約2)であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の微小ジルコニアビーズの製造方法を実施するための装置の一例を示す図面である。
【図2】本発明の微小ジルコニアビーズの製造方法を実施するための装置の一例を示す図面である。
Claims (4)
- 平均粒径が50μm未満、標準偏差10μm以下、円形率85%以上、圧縮強度100kgf/mm2以上のジルコニアビーズ。
- ジルコニア粉末のスラリーを、20〜80℃で噴霧乾燥することを特徴とするジルコニアビーズの製造方法。
- 噴霧乾燥温度が20〜70℃である請求項2記載の方法。
- 噴霧乾燥温度が25〜60℃である請求項2記載の方法。
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