JP2005297556A - Molding method of uniaxial orientation molding and its molding device - Google Patents

Molding method of uniaxial orientation molding and its molding device Download PDF

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Shigeo Asai
滋生 浅井
Kensuke Sasa
健介 佐々
Shiyukukin Ri
淑琴 李
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molding method of a uniaxial orientation molding formed of substance particles having crystal magnetic anisotropy, in which any two of magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibilities are greater than the other one magnetic susceptibility, or formed of a substance having fiber axis magnetic anisotropy, in which any two of magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibilities are greater than the other one magnetic susceptibility, and also provide its molding device. <P>SOLUTION: To form the molding by a slip casting method, a porous mold 24 having slurry 23 therein is placed on a stand 22, the stand 22 is rotated at low speed so as not to cause a flow in the slurry, and a magnetic field is applied by making superconductive current flow to a superconductive coil 21. To form a molding of an organic substance oriented in a fiber axis direction from a suspension formed of an organic substance such as collagen, fibrin or the like, the mold 24 having the suspension 23 formed of the organic substance is placed on the stand 22, the stand 22 is heated and rotated, and the magnetic field is applied by making the superconductive current flow to the superconductive coil 21 so as to gelate the suspension. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、結晶磁気異方性を有する物質粒子または磁気異方性を有する繊維状の物質から、結晶配向性または繊維軸配向性が優れた成型体を成型する方法と、この成型体を成型する装置に関する。   The present invention relates to a method for molding a molded article having excellent crystal orientation or fiber axis orientation from substance particles having crystalline magnetic anisotropy or fibrous substance having magnetic anisotropy, and molding the molded article. It is related with the apparatus to do.

結晶粒子の粉体を所望の形状に成型して作製する成型体、あるいはこの成型体をさらに焼成して作製する成型体は、用途に応じた形状を低コストで実現できることから、電磁材料、熱電素子、生体材料、ろ過材、強化材、医療材料、あるいは光学材料として広く利用されている。
ところで、結晶物質は、その結晶面に特有なあるいは結晶軸方向に特有な、熱的、光学的、化学的、電磁気的、物理化学的あるいは力学的性質を有しているので、上記の成型体に結晶配向性を付加できれば、その特有な性質を最大限に引き出すことができる。
A molded body produced by molding a powder of crystal particles into a desired shape, or a molded body produced by further firing this molded body can realize a shape according to the application at low cost. It is widely used as an element, biomaterial, filter material, reinforcing material, medical material, or optical material.
By the way, since the crystalline substance has thermal, optical, chemical, electromagnetic, physicochemical, or mechanical properties specific to the crystal plane or specific to the crystal axis direction, If the crystal orientation can be added to the film, the characteristic properties can be maximized.

また、繊維状の有機物質を繊維軸方向に配向させて成型体とすることができれば生体材料として極めて有用である。すなわち、繊維軸方向に配向したコラーゲンやフィブリン上に細胞を培養すると、繊維軸方向に配向した細胞組織が得られ、この細胞組織は、生体組織に類似していることが知られている。従って、コラーゲンやフィブリンからなる骨、歯或いは軟骨の形状を有する繊維軸配向した成型体を形成し、この成型体上に細胞培養すれば、生体親和性が極めて良い人工の骨、歯或いは軟骨として使用することができる。   Further, if a fibrous organic substance can be oriented in the fiber axis direction to form a molded body, it is extremely useful as a biomaterial. That is, when cells are cultured on collagen or fibrin oriented in the fiber axis direction, a cell tissue oriented in the fiber axis direction is obtained, and this cell tissue is known to be similar to a biological tissue. Therefore, if a fiber axis oriented molded body having the shape of bone, tooth or cartilage made of collagen or fibrin is formed and cell culture is performed on this molded body, artificial bone, tooth or cartilage with extremely good biocompatibility can be obtained. Can be used.

従来、結晶粒子の粉体の結晶配向方法としては、(1)押出成型法、(2)スリップキャスティング法、(3)磁場中スリップキャスティング法等が知られている。
(1)の押出成型法は、液体が狭いスリット間を流れる時、流体中に懸濁する結晶粒子の粉体がその形状異方性により流体抵抗の少ない方向に形状を揃えることを利用する方法である。(2)のスリップキャスティング法は、物質の形状と結晶方向に一次的関係がある場合、流体中を落下した結晶粒子の粉体が形状によって同じ堆積姿勢を取ることを利用して結晶配向させる方法である。(3)の磁場中スリップキャスティング法は、スリップキャスティングの際に磁場を印加して、結晶粒子の粉体の結晶磁気異方性に伴う磁化エネルギーの差、すなわち、磁化率の結晶軸依存性を利用して結晶配向を行う方法である。
また、繊維状の有機物質を配向させる方法としては、溶媒に溶かした有機物質、あるいは化学反応によって有機物質の晶出体を生成しながら磁場を印加し、有機物質の磁化率の異方性を利用して配向する方法が知られている。
Conventionally, (1) extrusion molding method, (2) slip casting method, (3) slip-casting method in magnetic field, etc. are known as crystal orientation methods for powder of crystal particles.
The extrusion molding method of (1) utilizes the fact that when the liquid flows between narrow slits, the powder of crystal particles suspended in the fluid is aligned in the direction with less fluid resistance due to its shape anisotropy. It is. In the slip casting method of (2), when there is a primary relationship between the shape of the substance and the crystal direction, the crystal orientation is performed using the fact that the powder of crystal particles dropped in the fluid takes the same deposition posture depending on the shape. It is. In the slip casting method in the magnetic field (3), a magnetic field is applied during slip casting, and the difference in magnetization energy accompanying crystal magnetic anisotropy of the powder of crystal particles, that is, the dependence of the magnetic susceptibility on the crystal axis is determined. This is a method in which crystal orientation is performed.
In addition, as a method for orienting fibrous organic materials, anisotropy of the magnetic susceptibility of organic materials can be achieved by applying a magnetic field while producing crystallized organic materials dissolved in a solvent or chemical reaction. A method of aligning by using is known.

物質は、強磁性体、反磁性体あるいは常磁性体の何れかであり、今日では超伝導コイルによって強力な磁場が低コストで得られので、上記の方法の内、磁場によって配向させる方法が、極めて多くの物質に適用できるという点で有用である。   The material is either a ferromagnetic material, a diamagnetic material, or a paramagnetic material, and today, a strong magnetic field can be obtained at a low cost by a superconducting coil. This is useful in that it can be applied to an extremely large number of substances.

ところで、磁場によって配向させる方法において、結晶粒子の粉体が単結晶粒子であって、かつ結晶3軸方向に異なった磁化率を有している場合、すなわち、結晶磁気異方性を有している場合には、最も磁化率の大きい結晶軸方向を印加磁場方向に揃えて結晶配向することは知られている。しかしながら、通常の手段で得られる結晶粒子の粉体は、複数の単結晶粒子がその結晶方位がランダムな状態で結合し易いために磁気異方性を有さない粉体となる場合が多く、このため、極めて多くの物質にこの方法を適用することは困難であった。本発明者らは、そのような結晶粒子の粉体を、解膠剤と剪断力を加えることによって、単結晶粒子の結晶磁気異方性と同等な磁気異方性を有した粉体とし、超伝導コイルによる強力な磁場下で、この粉体を用いてスリップキャスティングすることにより、従来、不可能であった、反磁性体や常磁性体等の磁化率の小さい物質の一軸配向に成功した(特許文献1参照)。
特願2003−349352
By the way, in the method of orienting by a magnetic field, when the crystal particle powder is a single crystal particle and has different magnetic susceptibility in the triaxial direction of the crystal, that is, having crystal magnetic anisotropy. In such a case, it is known that the crystal orientation is such that the direction of the crystal axis having the highest magnetic susceptibility is aligned with the direction of the applied magnetic field. However, the powder of crystal particles obtained by ordinary means is often a powder having no magnetic anisotropy because a plurality of single crystal particles are easily bonded in a random crystal orientation, For this reason, it has been difficult to apply this method to a very large number of substances. The present inventors made such a powder of crystal particles into a powder having a magnetic anisotropy equivalent to the crystal magnetic anisotropy of a single crystal particle by applying a peptizer and a shearing force, By slip casting using this powder under a strong magnetic field by a superconducting coil, we succeeded in uniaxial orientation of materials with low magnetic susceptibility, such as diamagnetic materials and paramagnetic materials, which were previously impossible. (See Patent Document 1).
Japanese Patent Application No. 2003-349352

しかしながら、単結晶粒子と同等な磁気異方性を有した粉体が得られても、一軸配向できない場合がある。すなわち、結晶a,b,c軸方向の磁化率、χa 、χb 、χc のうち何れか一つの磁化率が最も大きい場合には、その軸方向を磁場方向に揃えた一軸配向性の成型体を成型できるが、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい場合には、その二つの磁化率に対応する結晶軸が磁場方向に配向するため、一軸配向性の成型体を成型できないという課題がある。このような物質は六方晶系の物質に多く存在する。
なお、磁化率が同等とは、磁場を印加してスリップキャスティング法等により一軸配向した成型体を形成しようとした場合に、磁化率が互いに異なっていてもその差が小さいために、成型の際の粒子の流動や熱的運動の影響により、磁場方向に配向する結晶軸が混在してしまう、すなわち実質的に一軸配向できない場合の磁化率を言う。
また、有機物質であるコラーゲンの晶出体も、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きいという磁気異方性を有しており、従来の技術では、繊維軸方向に一軸配向したコラーゲンの成型体を得ることができない。
However, even if a powder having magnetic anisotropy equivalent to single crystal particles is obtained, uniaxial orientation may not be achieved. That is, when the magnetic susceptibility of any one of the crystal a, b, c axis directions, χ a , χ b , χ c is the largest, the uniaxial orientation with the axial direction aligned with the magnetic field direction. A molded body can be molded, but if any two magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibilities are larger than the other magnetic susceptibility, the crystal axes corresponding to the two magnetic susceptibilities are in the direction of the magnetic field. Therefore, there is a problem that a uniaxially oriented molded body cannot be molded. Many of such substances exist in hexagonal substances.
Note that the equivalent magnetic susceptibility means that when applying a magnetic field to form a uniaxially oriented molded body by a slip casting method or the like, the difference is small even if the magnetic susceptibility is different from each other. This means the magnetic susceptibility when crystal axes oriented in the direction of the magnetic field are mixed due to the influence of particle flow and thermal motion, that is, when uniaxial orientation cannot be substantially achieved.
In addition, the crystallized body of collagen, which is an organic substance, has a magnetic anisotropy that any two magnetic susceptibilities are equal, and these magnetic susceptibility is larger than the other one magnetic susceptibility, The conventional technique cannot obtain a collagen molded body uniaxially oriented in the fiber axis direction.

本発明は上記課題に鑑み、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質、または、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質の一軸配向成型体を成型できる方法を提供することを第1の目的とする。また、それらの一軸配向成型体を成型できる装置を提供することを第2の目的とする。   In view of the above-mentioned problems, the present invention is a substance having crystal magnetic anisotropy in which any two magnetic susceptibilities are equal and the magnetic susceptibility is higher than the other magnetic susceptibility, or any two magnetizations It is a first object of the present invention to provide a method capable of forming a uniaxially oriented molded body of a fibrous material having the same rate and having a magnetic anisotropy greater than the other one. To do. A second object is to provide an apparatus capable of molding these uniaxially oriented molded bodies.

上記第1の目的を達成するため、本発明の一軸配向成型体の成型方法は、何れか二つの磁化率が同等であり且つこれらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿を多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
本発明の一軸配向成型体の成型方法の他の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
これらの方法によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子からなる一軸配向した成型体を得ることができる。
In order to achieve the first object, a method for molding a uniaxially oriented molded body of the present invention is a crystalline magnetic anisotropy in which any two magnetic susceptibilities are equal and the magnetic susceptibility is larger than the other one. It is characterized in that when a molding made of the above-mentioned substance is molded by slip casting, a slurry of material particles having properties is placed in a porous mold and is molded while applying a rotating magnetic field.
Another structure of the molding method of the uniaxially oriented molded body of the present invention is a substance in which any two magnetic susceptibilities are equal and the magnetic susceptibility is greater than the other one magnetic susceptibility. The particle suspension is held in a mold container, and the solvent component of the suspension is evaporated to form a molded body made of the above-mentioned substance, and is molded while applying a rotating magnetic field.
According to these methods, a uniaxially oriented molded body composed of material particles having crystal magnetic anisotropy in which any two magnetic susceptibilities are equal and the magnetic susceptibility is larger than the other one is obtained. Can be obtained.

本発明の一軸配向成型体の成型方法の他の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
本発明の一軸配向成型体の成型方法のさらに他の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を、多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする。
これらの方法によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる一軸配向した成型体を得ることができる。
The other configuration of the molding method of the uniaxially oriented molded body of the present invention is a fibrous shape in which any two magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibility is larger than the other one magnetic susceptibility. When a molded body made of the above substance is molded by holding a suspension made of the above substance in a mold container and evaporating the solvent component of the suspension, it is molded while applying a rotating magnetic field.
Still another structure of the molding method of the uniaxially oriented molded body of the present invention is a fiber in which any two magnetic susceptibilities are equivalent and these magnetic susceptibility is larger than the other one magnetic susceptibility. When a molded body made of the above material is molded by slip casting, a suspension made of a material is put into a porous mold and molded while applying a rotating magnetic field.
According to these methods, a uniaxially oriented molded body made of a fibrous material in which any two magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibilities are larger in magnetic anisotropy than the other one. Can be obtained.

本発明の一軸配向成型体の成型方法の別の構成は、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい有機物質を、化学反応によって晶出して上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ上記物質からなる成型体を成型することを特徴とする。
この方法によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい有機物質からなる一軸配向した成型体を得ることができる。
Another structure of the molding method of the uniaxially oriented molded body of the present invention is that an organic substance having any two magnetic susceptibilities and having a magnetic susceptibility higher than the other magnetic susceptibility is crystallized by a chemical reaction. When molding a molded body made of the above-mentioned substance, the molded body made of the above-mentioned substance is molded while applying a rotating magnetic field.
According to this method, it is possible to obtain a uniaxially oriented molded body made of an organic material in which any two magnetic susceptibilities are equal and the magnetic susceptibility is larger than the other one.

結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿は、解膠剤を添加しながら剪断力を加えて作製した泥漿であれば好ましい。この泥漿を用いれば、磁気異方性が得られにくい物質から成る粉体であっても単結晶粒子と同等な磁気異方性を有しているので、一軸配向した成型体を得ることができる。
また、泥漿または縣濁液中に、成型する物質の結晶成長を促進する種結晶を添加して成型し、引き続いて焼結することが好ましい。この方法によれば、一軸配向した成型体から結晶成長するので、一軸配向性がさらに高まる。
The slurry of material particles having crystal magnetic anisotropy is preferably a slurry prepared by applying a shearing force while adding a peptizer. If this slurry is used, even a powder made of a material that is difficult to obtain magnetic anisotropy has a magnetic anisotropy equivalent to that of single crystal particles, so that a uniaxially oriented molded body can be obtained. .
In addition, it is preferable to add a seed crystal that promotes crystal growth of the material to be molded into the slurry or suspension, and then to perform sintering. According to this method, crystals grow from a uniaxially oriented molded body, so that uniaxial orientation is further enhanced.

回転磁場の印加は、一様磁場中で、多孔質の鋳型または鋳型容器を同一平面内で回転することによって印加することが好ましい。
多孔質の鋳型または鋳型容器を固定し、印加する磁場の方向を平面内で回転することによって印加してもよい。
この方法によれば、多孔質の鋳型または鋳型容器中の物質に回転磁場を印加することができる。
The rotating magnetic field is preferably applied by rotating a porous mold or mold container in the same plane in a uniform magnetic field.
The porous mold or the mold container may be fixed, and the direction of the applied magnetic field may be rotated in a plane.
According to this method, a rotating magnetic field can be applied to a porous mold or a substance in a mold container.

回転磁場は、超伝導コイルによって発生する2テスラ以上の回転磁場であることが好ましい。この場合には、上記物質が常磁性物質や反磁性物質等の磁化率の小さな物質であっても一軸配向成型体を成型できる。   The rotating magnetic field is preferably a rotating magnetic field of 2 Tesla or more generated by a superconducting coil. In this case, a uniaxially oriented molded body can be molded even if the material is a material having a low magnetic susceptibility such as a paramagnetic material or a diamagnetic material.

本発明の一軸配向成型体の成型装置は、磁場方向が水平になるように配置したコイルと、このコイル中に配置した、多孔質の鋳型または鋳型容器を搭載して水平面内で回転する載置台とを有することを特徴とする。
この装置によれば、回転磁場を印加できるので、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質からなる一軸配向した成型体を製造できる。
A molding apparatus for a uniaxially oriented molded body of the present invention includes a coil arranged so that a magnetic field direction is horizontal, and a mounting table that is mounted in the coil and rotates in a horizontal plane with a porous mold or a mold container mounted thereon. It is characterized by having.
According to this apparatus, since a rotating magnetic field can be applied, any two magnetic susceptibilities are equivalent, and these magnetic susceptibility is uniaxially formed of a material having a crystalline magnetic anisotropy larger than the other one magnetic susceptibility. An oriented molded body can be produced.

コイルは超伝導コイルであれば好ましい。この場合には、上記物質が2テスラ以上の回転磁場を必要とする常磁性体や反磁性体等の磁化率の小さな物質であっても一軸配向成型体を成型できる。
載置台は加熱装置を有することが好しい。この場合には、載置台を加熱装置によって加熱することにより、縣濁液の溶媒成分を容易に蒸発させることができる。
The coil is preferably a superconducting coil. In this case, a uniaxially oriented molded body can be molded even if the material is a material having a low magnetic susceptibility such as a paramagnetic material or a diamagnetic material that requires a rotating magnetic field of 2 Tesla or more.
The mounting table preferably has a heating device. In this case, the solvent component of the suspension can be easily evaporated by heating the mounting table with a heating device.

本発明の方法及び装置によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質、磁気異方性を有する繊維状の物質、または、有機物質であっても一軸配向した成型体を成型することができる。また、上記物質が強磁性体、常磁性体又は反磁性体であっても一軸配向した成型体を成型することができる。   According to the method and apparatus of the present invention, a material having a magnetocrystalline anisotropy, the magnetic anisotropy of which any two magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibility is larger than the other one magnetic susceptibility. A uniaxially oriented molded body can be molded even if it is a fibrous material or an organic material. Further, even if the substance is a ferromagnetic material, a paramagnetic material, or a diamagnetic material, a uniaxially oriented molded product can be molded.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
最初に、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質の場合には、従来の固定磁場印加方法では、一軸配向した成型体が得られない理由を説明する。
図1は固定磁場印加によるスリップキャスティング法における、面の定義を示す図である。図において、1は、スリップキャスティング法によって成型された成型体を示し、この図では、成型体1が直方体である場合を示している。実線矢印2は印加磁場方向を示し、点線矢印3は重力方向を示す。成型体1の面のうち、重力方向3に対して垂直な面を上面4とし、重力方向3に平行な側面のうち、図において手前の側面5とし、上面4と側面5に直交する側面を側面6とする。
図1(a)は、印加磁場方向が重力方向に対して垂直であった場合の、印加磁場方向と成型体1の面との配置関係を示し、図1(b)は、印加磁場方向が重力方向と平行であった場合の、印加磁場方向と成型体1の面との配置関係を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, in the case of a substance in which any two magnetic susceptibilities are equal and these magnetic susceptibility is larger than the other one magnetic susceptibility, the conventional fixed magnetic field application method, The reason why a uniaxially oriented molded body cannot be obtained will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the definition of a surface in the slip casting method by applying a fixed magnetic field. In the figure, reference numeral 1 denotes a molded body molded by the slip casting method. In this figure, the molded body 1 is a rectangular parallelepiped. A solid line arrow 2 indicates the direction of the applied magnetic field, and a dotted line arrow 3 indicates the direction of gravity. Of the surfaces of the molded body 1, the surface perpendicular to the gravity direction 3 is the upper surface 4, and among the side surfaces parallel to the gravity direction 3, the front surface 5 is the front surface in the drawing, and the side surface perpendicular to the upper surface 4 and the side surface 5 is the surface. Let it be side surface 6.
1A shows an arrangement relationship between the applied magnetic field direction and the surface of the molded body 1 when the applied magnetic field direction is perpendicular to the gravitational direction, and FIG. 1B shows the applied magnetic field direction. The arrangement | positioning relationship between the applied magnetic field direction and the surface of the molded object 1 in the case of being parallel to the direction of gravity is shown.

図2は、結晶磁気異方性を有する粒子を用いて、固定磁場印加によるスリップキャスティング法で成型した場合の配向状態を、成型体の各面に現れる配向面で表した図であり、結晶3軸方向の磁化率の大小関係による配向状態の違いを示している。
図2(a)に示すように、結晶磁気異方性を有する粒子は斜方晶系の結晶粒子であるとし、a,b,c軸方向の磁化率をそれぞれ、χa 、χb 、χc とする。図2(a)において、(I)の結晶粒子は、c軸方向の磁化率χc が、他の2軸方向の磁化率χa 、χb よりも大きい、すなわち、χc >χa ,χb とする。(II)の結晶粒子は、c軸方向の磁化率χc が、他の2軸方向の磁化率χa 、χb よりも小さく、かつ、χa とχb がほぼ等しい、すなわち、χc <χa ≒χb とする。
FIG. 2 is a diagram showing the orientation state when the particles having crystal magnetic anisotropy are molded by the slip casting method by applying a fixed magnetic field, with the orientation planes appearing on each surface of the molded body. The difference of the orientation state by the magnitude relationship of the magnetic susceptibility in the axial direction is shown.
As shown in FIG. 2A, it is assumed that the particles having magnetocrystalline anisotropy are orthorhombic crystal particles, and the magnetic susceptibility in the a, b, and c axis directions is χ a , χ b , χ, respectively. c . In FIG. 2A, the crystal grain of (I) has a magnetic susceptibility χ c in the c-axis direction larger than the magnetic susceptibility χ a , χ b in the other biaxial directions, that is, χ c > χ a , Let χ b . The crystal grains of (II) have a magnetic susceptibility χ c in the c-axis direction smaller than the other biaxial susceptibility χ a and χ b , and χ a and χ b are substantially equal, that is, χ ca ≈χ b .

図2(b)は、図1に示した二つの印加磁場方向に対して、図1に示した成型体の各面に現れる結晶面を示す図である。図において、a,b,cは各々斜方晶系のa面,b面,c面を表す。また、繊維状物質の場合には繊維軸に直交する面がc面、平行な面がa面またはb面に対応するものとする。
図2(b)に示すように、(I)の結晶粒子の場合には最も大きな磁化率χc を有するc軸方向が印加磁場方向と一致するように結晶粒子が配向するので、磁場印加方向2が重力方向3に対して垂直の場合には、磁場方向2に直交する側面6にはc面だけが現れ、上面4及び側面5にはa面及びb面が混在して現れる。磁場印加方向2が重力方向3に対して平行である場合には、磁場方向2に直交する上面4にはc面だけが現れ、側面5及び側面6にはa面及びb面が混在して現れる。すなわち、この場合には、c軸方向に配向した成型体、すなわち、一軸配向した成型体が得られる。
一方、(II)の結晶粒子の場合には、最も大きな磁化率を有する方向がa軸及びb軸の2方向があるため、磁場印加方向2が重力方向3に対して垂直の場合には、磁場方向2に直交する側面6にはa面とb面が混在して現れ、上面4及び側面5には、a面,b面及びc面が混在して現れる。また、磁場印加方向2が重力方向3に対して平行である場合には、磁場方向2に直交する上面4には、a面とb面が混在して現れ、側面5及び側面6には、a面,b面及びc面が混在して現れる。すなわち、この場合には、単一の結晶面で構成される成型体の面がなく、一軸配向した成型体は得られない。
FIG. 2B is a diagram showing crystal planes appearing on each surface of the molded body shown in FIG. 1 with respect to the two applied magnetic field directions shown in FIG. In the figure, a, b, and c represent orthorhombic a-plane, b-plane, and c-plane, respectively. In the case of a fibrous material, the plane orthogonal to the fiber axis corresponds to the c-plane, and the parallel plane corresponds to the a-plane or b-plane.
As shown in FIG. 2B, in the case of the crystal particle (I), the crystal particle is oriented so that the c-axis direction having the largest magnetic susceptibility χ c coincides with the applied magnetic field direction. When 2 is perpendicular to the gravitational direction 3, only the c plane appears on the side surface 6 orthogonal to the magnetic field direction 2, and the a and b surfaces appear on the upper surface 4 and the side surface 5 in a mixed manner. When the magnetic field application direction 2 is parallel to the gravity direction 3, only the c surface appears on the upper surface 4 orthogonal to the magnetic field direction 2, and the a surface and the b surface are mixed on the side surface 5 and the side surface 6. appear. That is, in this case, a molded body oriented in the c-axis direction, that is, a uniaxially oriented molded body is obtained.
On the other hand, in the case of the crystal particle (II), there are two directions of the a-axis and the b-axis having the largest magnetic susceptibility, so when the magnetic field application direction 2 is perpendicular to the gravity direction 3, The a-plane and the b-plane appear together on the side surface 6 orthogonal to the magnetic field direction 2, and the a-plane, b-plane, and c-plane appear together on the upper surface 4 and the side surface 5. When the magnetic field application direction 2 is parallel to the gravity direction 3, the upper surface 4 orthogonal to the magnetic field direction 2 appears in a mixed manner with the a surface and the b surface, and the side surface 5 and the side surface 6 have The a-plane, b-plane and c-plane appear together. That is, in this case, there is no surface of the molded body composed of a single crystal plane, and a uniaxially oriented molded body cannot be obtained.

本発明は、上記の図2(a)に示す(II)の結晶粒子の場合においても、回転磁場を印加することによって一軸配向させることができる、すなわち、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質であっても一軸配向できることを特徴としている。   In the case of the crystal particle of (II) shown in FIG. 2 (a), the present invention can be uniaxially oriented by applying a rotating magnetic field, that is, any two magnetic susceptibilities are equivalent. In addition, even a substance having a crystal magnetic anisotropy having a magnetic susceptibility higher than that of the other magnetic susceptibility can be uniaxially oriented.

次に、回転磁場を印加することによって、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質であっても一軸配向成型体を成型できる理由を説明する。
磁化は、磁気的な分極であるから、印加磁場方向と磁化方向とが一致しない場合には、磁化方向と磁場方向を一致させようとする回転力が結晶粒子に加わる。この回転力は磁場方向と磁化方向が定める面に垂直な方向の軸の回りの回転力であり、結晶粒子の空間配置に依存した方向を有する結晶3軸の回りの回転力に分解して考えることができる。結晶粒子は、結晶3軸方向の上記回転力(すなわちトルク)と各結晶軸の回りの慣性モーメントから決定される運動方程式に従って運動するが、下記に説明する空間配置条件を満たす結晶粒子の運動は一軸配向するように運動する。
Next, by applying a rotating magnetic field, even if the magnetic susceptibility of any two of them is the same and these magnetic susceptibility is larger than the other one, it is uniaxial. The reason why the oriented molded body can be molded will be described.
Since the magnetization is magnetic polarization, when the applied magnetic field direction and the magnetization direction do not match, a rotational force that tries to match the magnetization direction and the magnetic field direction is applied to the crystal particles. This rotational force is a rotational force around an axis perpendicular to the plane defined by the magnetic field direction and the magnetization direction, and is decomposed into a rotational force around a crystal 3 axis having a direction depending on the spatial arrangement of crystal grains. be able to. Crystal grains move according to the equation of motion determined from the rotational force (that is, torque) in the three-axis direction of the crystal and the moment of inertia around each crystal axis. Move to be uniaxially oriented.

以下に、結晶粒子が一軸配向する原理を説明する。
図3は、本発明の方法の原理を説明する図である。図3(a)は本発明の方法に用いる結晶粒子10の形状を示している。結晶磁気異方性を有する物質のほとんどは、形状異方性を有しているので、説明を簡潔にするため、結晶粒子10は図に示すようにc軸方向に長く、a,b軸方向に短い斜方晶系の単結晶であり、且つ、磁化率が、χc <χb <χa であるとする。
回転磁場はその磁場方向が連続して変化するが、説明を簡潔にするため、回転磁場Hは、X軸方向からY軸方向に不連続的に回転したとして回転磁場の効果を説明する。
The principle of uniaxial orientation of crystal grains will be described below.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the method of the present invention. FIG. 3A shows the shape of the crystal particle 10 used in the method of the present invention. Since most of materials having magnetocrystalline anisotropy have shape anisotropy, for the sake of brevity, the crystal particles 10 are long in the c-axis direction as shown in FIG. Are orthorhombic single crystals, and the magnetic susceptibility is χ cba .
The direction of the rotating magnetic field changes continuously, but for the sake of simplicity, the effect of the rotating magnetic field will be described assuming that the rotating magnetic field H rotates discontinuously from the X-axis direction to the Y-axis direction.

図3(b)は、X軸方向に磁場Hが印加されている場合において、結晶粒子10が磁化率の最も大きいa軸方向を磁場H方向に揃えて配列し(すなわちa軸配向の状態)、かつ、c軸が磁場Hに垂直なZY面内でZ軸から角β傾いている結晶粒子10を示している。また、a軸方向の磁化をMとする。
いま、磁場HがY軸方向に回転した場合を考えると、磁化Mに回転力が働き、この回転力は結晶3軸方向の回転力に分割して考えることができる。角βが0°であれば、もちろん、c軸の回りの回転力のみが存在し、c軸の回りに回転する。角βが90°であればb軸の回りの回転力のみが存在し、b軸の回りに回転する。角βが0°と90°の間にあれば、回転力はそれぞれ、c軸及びb軸の回りに存在し、c軸及びb軸の回りに回転する。ところで、c軸及びb軸の回りの慣性モーメントが同じであり、角βが45°より小さければ、c軸の回りの回転力がb軸の回りの回転力より大きいために、先にc軸の回りに回転し、その後にb軸の回りに回転する現象が生じる。さらには、結晶粒子10がc軸方向に長い場合には、c軸を回転軸とした慣性モーメントは、a軸及びb軸を回転軸とした慣性モーメントに比べて最も小さいので、先にc軸の回りに回転し、その後にb軸の回りに回転する現象がさらに起きやすい。この現象が生じる結晶粒子10の空間配置条件、すなわち限界の角度をβ0 とする。
FIG. 3B shows that when the magnetic field H is applied in the X-axis direction, the crystal particles 10 are arranged with the a-axis direction having the highest magnetic susceptibility aligned with the magnetic field H direction (that is, in an a-axis orientation state). In addition, the crystal particle 10 whose c-axis is inclined by an angle β from the Z-axis in the ZY plane perpendicular to the magnetic field H is shown. Also, let M be the magnetization in the a-axis direction.
Considering the case where the magnetic field H rotates in the Y-axis direction, a rotational force acts on the magnetization M, and this rotational force can be divided into rotational forces in the crystal 3-axis direction. If the angle β is 0 °, of course, only the rotational force around the c-axis exists, and it rotates around the c-axis. If the angle β is 90 °, there is only a rotational force around the b-axis, and it rotates around the b-axis. If the angle β is between 0 ° and 90 °, the rotational force exists around the c-axis and the b-axis, respectively, and rotates around the c-axis and the b-axis. By the way, if the moments of inertia around the c-axis and the b-axis are the same and the angle β is smaller than 45 °, the rotational force around the c-axis is larger than the rotational force around the b-axis. Around the b axis, and then around the b axis. Furthermore, when the crystal grain 10 is long in the c-axis direction, the moment of inertia with the c-axis as the rotation axis is the smallest compared to the moment of inertia with the a-axis and b-axis as the rotation axis. The phenomenon of rotating around the b axis and then rotating around the b axis is more likely to occur. Let β 0 be the spatial arrangement condition of the crystal grains 10 where this phenomenon occurs, that is, the limit angle.

角βがβ0 以下であるために、c軸の回りに先に90°回転してしまった状態を図3の(c)に示している。この状態は、磁場Hと磁化Mの定める面に垂直な方向がb軸と一致している状態なので、もはやc軸の回りの回転力は存在せず、b軸の回りの回転力のみが残された状態である。このb軸の回りの回転力によって結晶粒子10は、角βを減少させる方向に、すなわち、c軸をZ軸方向に揃える方向にb軸の回りに回転する。c軸がZ軸方向に揃った状態を図3(d)に示している。
この状態では、磁場Hが回転しても常に、磁化Mと磁場Hの方向が定める面に垂直方向の軸はc軸に一致し、c軸の回りの回転力のみとなるので、磁場Hが回転してもc軸の回りに回転するだけで、結晶粒子10のc軸はZ方向に固定される。
FIG. 3C shows a state in which the angle β is less than β 0 , so that it has been rotated 90 ° around the c-axis first. In this state, since the direction perpendicular to the plane defined by the magnetic field H and the magnetization M coincides with the b-axis, there is no longer any rotational force around the c-axis, and only the rotational force around the b-axis remains. It is the state that was done. Due to the rotational force around the b-axis, the crystal grains 10 rotate around the b-axis in a direction that decreases the angle β, that is, in a direction that aligns the c-axis with the Z-axis direction. FIG. 3D shows a state where the c-axis is aligned in the Z-axis direction.
In this state, even if the magnetic field H rotates, the axis perpendicular to the plane defined by the directions of the magnetization M and the magnetic field H coincides with the c axis, and only the rotational force around the c axis is present. Even if it rotates, it only rotates around the c-axis, and the c-axis of the crystal grain 10 is fixed in the Z direction.

一方、傾き角βがβ0 より大きい結晶粒子は、b軸の回りの回転が同時に生じたり、b軸の回りの回転が先に生じたりするため、上記のようなc軸のZ軸配向は生じない。しかしながら、傾き角βがβ0 より小さい結晶粒子が上記のようにしてZ軸配向することにより、結晶粒子間に隙間が生じる。結晶粒子間に隙間が生じると、傾き角βがβ0 より大きな結晶粒子がこの隙間を埋めるために回転し、傾き角βがβ0 より小さくなり、この結晶粒子も上記のメカニズムでZ軸配向するようになる。このサイクルを繰り返して、結晶粒子全てがZ軸配向する。
尚、上記説明では説明を簡潔にするために、χb <χa として説明したが、χb ≠χa の場合には、最初に磁場H方向に配列する軸方向が、a軸方向またはb軸方向であることのみ異なり、同様なメカニズムによりc軸のZ軸配向が生ずることは明かである。
このようにして、回転磁場を印加することにより、結晶粒子の磁化率が、χc <χb ≒χa である物質であっても、磁場回転面に垂直な方向に一軸配向した成型体を得ることができる。
On the other hand, crystal grains having an inclination angle β larger than β 0 rotate around the b-axis at the same time, or rotate around the b-axis first. Does not occur. However, when crystal grains having an inclination angle β smaller than β 0 are Z-axis oriented as described above, a gap is generated between the crystal grains. When a gap occurs between crystal grains, a crystal grain having an inclination angle β larger than β 0 rotates to fill the gap, and the inclination angle β becomes smaller than β 0. To come. By repeating this cycle, all crystal grains are Z-axis oriented.
In the above description, for the sake of brevity, χ ba has been described. However, when χ b ≠ χ a , the axial direction first arranged in the magnetic field H direction is the a-axis direction or b It is clear that the Z-axis orientation of the c-axis is caused by a similar mechanism, except that it is in the axial direction.
In this way, by applying a rotating magnetic field, even if the magnetic particle has a magnetic susceptibility of χ cb ≈χ a , a molded body that is uniaxially oriented in the direction perpendicular to the magnetic field rotation plane can be obtained. Can be obtained.

次に、本発明の回転磁場を用いた成型装置を説明する。
図4は本発明の回転磁場を用いた成型装置の構成を示す模式断面図である。図において、回転磁場を用いた成型装置20は、水平面内に磁場方向を有する超伝導コイル21と、この超伝導コイル21内に配置した、水平面内で回転できる載置台22とを有している。載置台22は所望の温度に加熱できる加熱装置を有していても良い。
この装置20で、スリップキャスティング法により成型体を成型する場合には、スラリー23を入れた多孔質鋳型24を載置台22上に載置し、載置台22をスラリーに流動が生じない程度の遅い速度で回転させると共に、超伝導コイル21に超伝導電流を流して磁場を印加する。
コラーゲン等の、何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい繊維状の有機物質の混濁液から繊維軸方向に配向した有機物質成型体を成型するには、スラリー23に代えて、有機物質の混濁液23を鋳型容器24に入れ、容器24を載置台22に載置して回転し、加熱して溶媒を蒸発させながら、超伝導コイル21に超伝導電流を流して磁場を印加する。あるいは化学反応により磁気異方性を有する繊維状の物質を晶出させると共に、載置台22を回転しながら超伝導コイル21に超伝導電流を流して磁場を印加する。
Next, the shaping | molding apparatus using the rotating magnetic field of this invention is demonstrated.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a molding apparatus using a rotating magnetic field according to the present invention. In the figure, a molding apparatus 20 using a rotating magnetic field has a superconducting coil 21 having a magnetic field direction in a horizontal plane, and a mounting table 22 arranged in the superconducting coil 21 and capable of rotating in the horizontal plane. . The mounting table 22 may have a heating device that can be heated to a desired temperature.
When the molded body is molded by the slip casting method with this apparatus 20, the porous mold 24 containing the slurry 23 is placed on the mounting table 22, and the mounting table 22 is slow enough not to cause flow in the slurry. While rotating at a speed, a superconducting current is passed through the superconducting coil 21 to apply a magnetic field.
An organic material molded body in which any two magnetic susceptibilities, such as collagen, are oriented in the fiber axis direction from a turbid liquid of a fibrous organic material having a magnetic susceptibility higher than that of the other one. In order to mold, instead of the slurry 23, the organic material turbid liquid 23 is placed in the mold container 24, the container 24 is placed on the mounting table 22 and rotated, and the superconducting coil is heated while evaporating the solvent. A superconducting current is passed through 21 to apply a magnetic field. Alternatively, a fibrous substance having magnetic anisotropy is crystallized by a chemical reaction, and a superconducting current is passed through the superconducting coil 21 while rotating the mounting table 22 to apply a magnetic field.

上記装置によれば、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質であっても、一軸配向した成型体を成型できる。また、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁化率を有する有機物質であっても、繊維軸方向に一軸配向した成型体を成型できる。また、強磁性体物質、常磁性体物質或いは反磁性体物質を問わず、一軸配向した成型体を成型できる。   According to the above apparatus, even if any two of the magnetic susceptibilities are equal and the magnetic susceptibility is larger than that of the other magnetic susceptibility, it is a uniaxially oriented molded body. Can be molded. Moreover, even if any two of the magnetic susceptibilities are the same and the organic susceptibility is higher than that of the other susceptibility, a molded body that is uniaxially oriented in the fiber axis direction is molded. it can. In addition, a uniaxially oriented molded body can be molded regardless of a ferromagnetic material, a paramagnetic material, or a diamagnetic material.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
α窒化珪素を用いて一軸配向の成型体を作製した。α窒化珪素は六方晶系に属する常磁性体物質であり、a軸方向とb軸方向の磁化率がほぼ等しく、c軸方向の磁化率がa軸方向及びb軸方向の磁化率よりも小さい物質であり、従来、固定磁場印加によるスリップキャスティング法では一軸配向した成型体が得られなかった物質である。
図4に示した装置を用いて、α窒化珪素単結晶粒子からなる粉体でスラリーを作製し、石膏製鋳型に入れ、この鋳型を回転させつつ磁場を印加して成型体を成型し、得られた成型体を無磁場の下で焼結した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
A uniaxially oriented molded body was produced using α silicon nitride. α-silicon nitride is a paramagnetic substance belonging to the hexagonal system, and the magnetic susceptibility in the a-axis direction and the b-axis direction is substantially equal, and the magnetic susceptibility in the c-axis direction is smaller than the magnetic susceptibility in the a-axis direction and the b-axis direction. It is a substance that has conventionally been unable to obtain a uniaxially oriented molded body by a slip casting method by applying a fixed magnetic field.
Using the apparatus shown in FIG. 4, a slurry is made of powder composed of α-silicon nitride single crystal particles, placed in a gypsum mold, and a magnetic field is applied while rotating the mold to form a molded body. The obtained molded body was sintered under no magnetic field.

種結晶を添加しない実施例について説明する。
蒸留水35gに対し65wt%のα窒化珪素(αSi3 4 )粉末と0.5wt%のテトラメチルアンモニウム((CH3 4 N)界面活性剤とを混合した泥状スラリーを、水酸化ナトリウム溶液でpHを11.5に保持しつつ十分撹拌混合し、さらに超音波を30分間印加して十分混練した。得られたスラリーを多孔質鋳型に流し入れ、鋳型を一回転6.25分の速度で回転しつつ、超伝導コイルを用い強磁場(10T)を水平方向に印加しながらスリップキャスティングを行い成型した。その後、得られた成型体を70℃で十分乾燥後1650℃、1.5時間、無磁場下で焼結することにより結晶配向体を得た。
An example in which no seed crystal is added will be described.
A slurry of 65 wt% α silicon nitride (αSi 3 N 4 ) powder and 0.5 wt% tetramethylammonium ((CH 3 ) 4 N) surfactant mixed with 35 g of distilled water was mixed with sodium hydroxide. The solution was sufficiently stirred and mixed while maintaining the pH at 11.5, and further ultrasonic waves were applied for 30 minutes to sufficiently knead. The obtained slurry was poured into a porous mold, and the mold was formed by performing slip casting while applying a strong magnetic field (10 T) in the horizontal direction using a superconducting coil while rotating the mold at a speed of 6.25 minutes. Thereafter, the obtained molded body was sufficiently dried at 70 ° C. and then sintered at 1650 ° C. for 1.5 hours in the absence of a magnetic field to obtain a crystal oriented body.

図5は、本発明の方法で得られた成型体のX線回折像と従来方法により得られた成型体とを比較して示す図である。
なお、従来方法は、本発明の方法に対し、鋳型を回転しないことだけが異なる。また、X線回折測定は、成型体の上面と側面についてそれぞれ測定した。図5(a)は従来方法による成型体の上面と側面のX線回折パターンである。図5(b)は本発明の方法による成型体の上面と側面のX線回折パターンである。
図5(a)から、従来方法による成型体のX線回折パターンは、上面と側面とで殆ど差がないことがわかり、配向性がないことがわかる。一方、図5(b)から、本発明による成型体は、回折ピークの数が減少すると共に、上面において、a,b面に基づく回折ピークが若干見られるものの、c面に基づく回折ピークが顕在化していることがわかる。側面では、c面に基づく回折ピークが小さくなり、a,b面を示すピークがより顕在化していることがわかる。この結果から、本発明の方法によれば、一軸配向した成型体を成型できることがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing a comparison between an X-ray diffraction image of a molded body obtained by the method of the present invention and a molded body obtained by a conventional method.
The conventional method differs from the method of the present invention only in that the mold is not rotated. Moreover, the X-ray-diffraction measurement was measured about the upper surface and side surface of the molded object, respectively. FIG. 5A is an X-ray diffraction pattern of the upper surface and the side surface of the molded body according to the conventional method. FIG. 5B is an X-ray diffraction pattern of the upper surface and the side surface of the molded body obtained by the method of the present invention.
FIG. 5A shows that the X-ray diffraction pattern of the molded body according to the conventional method has almost no difference between the upper surface and the side surface, and it is understood that there is no orientation. On the other hand, from FIG. 5 (b), in the molded product according to the present invention, the number of diffraction peaks decreases, and on the top surface, diffraction peaks based on the a and b planes are slightly seen, but diffraction peaks based on the c plane are apparent. It turns out that it has become. On the side surface, it can be seen that the diffraction peak based on the c-plane is small, and the peaks indicating the a- and b-planes are more obvious. From this result, it can be seen that according to the method of the present invention, a uniaxially oriented molded body can be molded.

図6は、本発明の方法による成型体と従来方法による成型体の上面及び側面の電子顕微鏡(SEM)像を比較して示す図である。図6(a)は固定磁場による従来方法で作製した成型体の上面及び側面のSEM像であり、図6(b)は本発明の方法で作製した成型体の上面及び側面のSEM像である。
図6(a)から、従来方法で作製した成型体の上面及び側面は大きな差異がないことがわかる。一方、図6(b)から、本発明の方法で作製した成型体の上面には、六角形をしたc面が多く見られ、c面配向の傾向が見て取れる。また、側面には、a面及びb面配向した単結晶粒が数多く見られる。これらの結果から、本発明の方法によれば、一軸配向した成型体を成型できることがわかる。
FIG. 6 is a diagram showing a comparison of electron microscope (SEM) images of the upper surface and side surfaces of a molded body obtained by the method of the present invention and a molded body obtained by a conventional method. 6A is an SEM image of the upper surface and the side surface of a molded body produced by a conventional method using a fixed magnetic field, and FIG. 6B is an SEM image of the upper surface and side surface of the molded body produced by the method of the present invention. .
From FIG. 6A, it can be seen that there is no significant difference between the upper surface and the side surface of the molded body produced by the conventional method. On the other hand, from FIG. 6B, many hexagonal c-planes are seen on the upper surface of the molded body produced by the method of the present invention, and the tendency of c-plane orientation can be seen. In addition, a large number of single crystal grains with a-plane and b-plane orientation are seen on the side surfaces. From these results, it can be seen that according to the method of the present invention, a uniaxially oriented molded body can be molded.

次に、種結晶を添加した実施例について説明する。
蒸留水35gに対し55wt%のα窒化珪素(αSi3 4 )粉末と、10wt%の種結晶であるβ窒化珪素(βSi3 4 )粉体と、0.5%テトラメチルアンモニウム((CH3 4 N)界面活性剤とを混合した泥状スラリーを水酸化ナトリウム溶液でpHを11.5に保持しつつ十分撹拌混合し、さらに超音波を30分間印加し十分混練をした。
得られたスラリーを多孔質容器に流し入れ、容器を一回転6.25分の速度で回転しつつ超伝導マグネットを用い、強磁場(10T)を印加しながらスリップキャスティングを行い成型した。その後、得られた成型体を70℃で十分乾燥後1650℃、1.5時間、無磁場下で焼結することにより成型体を得た。
Next, examples in which seed crystals are added will be described.
55 wt% α silicon nitride (αSi 3 N 4 ) powder, 35 wt% β silicon nitride (βSi 3 N 4 ) powder, and 0.5% tetramethylammonium ((CH 3) 4 N) mud-like slurry obtained by mixing the surfactant thoroughly stirred mixture while maintaining the 11.5 pH with sodium hydroxide solution, applying further ultrasound for 30 minutes to sufficiently kneaded.
The obtained slurry was poured into a porous container, and the container was formed by slip casting while applying a strong magnetic field (10 T) using a superconducting magnet while rotating the container at a speed of 6.25 minutes per rotation. Thereafter, the obtained molded body was sufficiently dried at 70 ° C. and then sintered at 1650 ° C. for 1.5 hours in the absence of a magnetic field to obtain a molded body.

図7は、種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のSEM像を示す図である。図7(a)は、固定磁場による従来方法で作製した成型体の上面及び側面のSEM像であり、図7(b)は、本発明の方法で作製した成型体の上面及び側面のSEM像である。
図7(a)から、従来方法で作製した成型体の上面及び側面は大きな差異がないことがわかる。一方、図7(b)から、本発明の方法で作製した成型体の上面には、六角形をしたc面が多く見られ、c面配向の傾向が見て取れる。また、側面には、a面及びb面配向した単結晶粒が数多く見られる。これらの結果から、本発明の方法によれば、一軸配向した成型体を成型できることがわかる。
図8は、種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のX線回折像を示す図である。図8から、図5に比べて回折ピークの種類が減っていることがわかる。また、上面では、c面(002)、及びc面に近い格子面(101)に基づく回折ピークが、図5に比べて顕在化していることがわかる。また、側面では、a面(200)及びa面に近い格子面(210)に基づく回折ピークが図5に比べて顕在化していることがわかる。これらの結果から、種結晶を添加すればさらに一軸配向性が高まることがわかる。
FIG. 7 is a view showing SEM images of the upper surface and side surfaces of a molded body produced by the method of the present invention to which a seed crystal is added. FIG. 7A is an SEM image of the upper surface and the side surface of the molded body prepared by a conventional method using a fixed magnetic field, and FIG. 7B is an SEM image of the upper surface and the side surface of the molded body manufactured by the method of the present invention. It is.
From FIG. 7A, it can be seen that there is no significant difference between the upper surface and the side surface of the molded body produced by the conventional method. On the other hand, from FIG. 7B, many hexagonal c-planes are seen on the upper surface of the molded body produced by the method of the present invention, and the tendency of c-plane orientation can be seen. In addition, a large number of single crystal grains with a-plane and b-plane orientation are seen on the side surfaces. From these results, it can be seen that according to the method of the present invention, a uniaxially oriented molded body can be molded.
FIG. 8 is a view showing X-ray diffraction images of the upper surface and the side surface of a molded body produced by the method of the present invention to which a seed crystal is added. FIG. 8 shows that the types of diffraction peaks are reduced compared to FIG. In addition, it can be seen that the diffraction peaks based on the c-plane (002) and the lattice plane (101) close to the c-plane are more apparent than those in FIG. In addition, on the side surface, it can be seen that the diffraction peaks based on the a-plane (200) and the lattice plane (210) close to the a-plane are more obvious than in FIG. From these results, it can be seen that the addition of the seed crystal further increases the uniaxial orientation.

次に、コラーゲン繊維を一軸配向させた実施例について説明する。
コラーゲンは、何れか二つの磁化率が同等であり、かつ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい繊維状の有機物質であり、従来、基板に垂直方向に繊維軸を揃えたコラーゲン成型体を得ることはできなかった。
4℃の下で、TypeLAコラーゲン0.2%水溶液(PH=3)10ccに緩衝液(MEM)を1cc加えてよく撹拌した後、指示薬(商品名:10xMEM ハンクス社製)を少量滴下後、水酸化ナトリウム溶液にて中和した。この溶液をガラス製セル(高さ30mm、幅27mm、厚さ1mm)中に注入した。超伝導マグネットを用いて発生させた10テスラの水平方向磁場の下、このセルを37℃の雰囲気下で高さ方向を軸にして毎分3回転させつつ、2.5時間かけてゲル化させた。
Next, an example in which collagen fibers are uniaxially oriented will be described.
Collagen is a fibrous organic material that has the same magnetic susceptibility of any two and has a magnetic susceptibility higher than that of the other one. Conventionally, collagen has a fiber axis aligned in the direction perpendicular to the substrate. A molded body could not be obtained.
At 4 ° C., 1 cc of a buffer solution (MEM) was added to 10 cc of TypeLA collagen 0.2% aqueous solution (PH = 3) and stirred well, and then a small amount of an indicator (trade name: 10 × MEM, manufactured by Hanks) was dropped. Neutralized with sodium oxide solution. This solution was poured into a glass cell (height 30 mm, width 27 mm, thickness 1 mm). Under a 10 Tesla horizontal magnetic field generated using a superconducting magnet, this cell was allowed to gel for 2.5 hours while rotating 3 times a minute around the height direction in an atmosphere of 37 ° C. It was.

図9は、本発明の方法によって作製したコラーゲン水溶液のゲル化試料の鉛直面(高さと幅が作る面)を位相差顕微鏡によって観察した写真である。コラーゲン繊維は水平の印加磁場面に対して垂直に配向していることが分る。   FIG. 9 is a photograph obtained by observing a vertical surface (surface formed by height and width) of a gelled sample of an aqueous collagen solution prepared by the method of the present invention with a phase contrast microscope. It can be seen that the collagen fibers are oriented perpendicular to the horizontal applied field surface.

上記実施例は本発明の有効性を示す一例であって、本発明を限定するものでない。例えば、上記実施例の他に、例えば、耐食性、耐摩耗性、生体との融合性が良くなるように結晶面を配向させた水酸アパタイトからなる生体セラミックス材料や、耐食性、耐摩耗性の高い結晶面を配向させた金属材料や、熱エネルギーと電気エネルギーとの変換効率を高めるように結晶配向させた熱電材料も実現できる。また、生体材料として期待されている、コラーゲンと水酸アパタイトからなる複合材料において、コラーゲンと水酸アパタイトの結晶方位が哺乳類の歯牙や骨に見られる配向と同等の配向性を有した材料を作製することも可能になる。   The above embodiment is an example showing the effectiveness of the present invention, and does not limit the present invention. For example, in addition to the above examples, for example, a bioceramic material made of hydroxyapatite whose crystal plane is oriented to improve corrosion resistance, wear resistance, and fusion with the living body, and high corrosion resistance and wear resistance. A metal material having a crystal plane oriented, and a thermoelectric material having a crystal orientation so as to increase the conversion efficiency between heat energy and electric energy can also be realized. In addition, a composite material consisting of collagen and hydroxyapatite, which is expected as a biomaterial, produces a material in which the crystal orientation of collagen and hydroxyapatite has the same orientation as that found in mammalian teeth and bones. It is also possible to do.

本発明によれば、無機物、有機物を問わず、ほとんど全ての物質の粉体から一軸配向した成型体を成型できるので、それらの物質の結晶面、或いは、結晶軸方向に特有な、熱的、光学的、化学的、電磁気的、物理化学的あるいは力学的性質を有する成型体を低コストで提供することができる。
また、繊維軸異方性を有する有機物質を繊維軸方向に配向させて成型体とすることができるので、例えば、コラーゲンからなる、骨、歯或いは軟骨の形状を有する繊維軸配向した成型体を形成し、この成型体上に細胞を培養して、生体親和性が極めて良い人工の骨、歯或いは軟骨として使用することができる。
According to the present invention, it is possible to form a uniaxially oriented molded body from powders of almost all substances, regardless of whether they are inorganic or organic, so that the crystal planes of these substances, or the crystal axis direction specific to the thermal, A molded article having optical, chemical, electromagnetic, physicochemical or mechanical properties can be provided at a low cost.
Further, since an organic substance having fiber axis anisotropy can be oriented in the fiber axis direction to form a molded body, for example, a fiber axis oriented molded body having a bone, tooth or cartilage shape made of collagen can be obtained. After forming and culturing cells on this molded body, it can be used as artificial bones, teeth or cartilage with extremely good biocompatibility.

固定磁場印加によるスリップキャスティング法における、面の定義を示す図である。It is a figure which shows the definition of the surface in the slip casting method by fixed magnetic field application. 結晶磁気異方性を有する粒子を用いて、固定磁場印加によるスリップキャスティング法で成型した場合の配向状態を、成型体の各面に現れる配向面で表した図で、結晶3軸方向の磁化率の大小関係による、配向状態の違いを示す。The figure shows the orientation state when a particle having crystal magnetic anisotropy is molded by slip casting by applying a fixed magnetic field, with the orientation planes appearing on each surface of the molded body, and the magnetic susceptibility in the crystal triaxial direction. The difference in orientation state due to the size relationship is shown. 本発明の方法の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the method of this invention. 本発明の回転磁場を用いた成型装置の構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the structure of the shaping | molding apparatus using the rotating magnetic field of this invention. 本発明の方法で得られた成型体のX線回折像を従来方法により得られた成型体と比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the X-ray-diffraction image of the molded object obtained by the method of this invention with the molded object obtained by the conventional method. 本発明の方法による成型体成型体の上面及び側面の電子顕微鏡像を従来方法による成型体と比較して示す図である。It is a figure which shows the electron microscope image of the upper surface and side surface of the molded object by the method of this invention compared with the molded object by the conventional method. 種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the upper surface and side surface of a molding which were produced by the method of this invention which added the seed crystal. 種結晶を添加した本発明の方法によって作製した成型体の上面及び側面のX線回折像を示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction image of the upper surface and side surface of the molded object produced by the method of this invention which added the seed crystal. 本発明の方法によって作製したコラーゲン水溶液のゲル化試料の鉛直面を位相差顕微鏡によって観察した写真である。It is the photograph which observed the perpendicular surface of the gelatinized sample of the collagen aqueous solution produced by the method of this invention with the phase-contrast microscope.

符号の説明Explanation of symbols

1 成型体
2 磁場印加方向
3 重力方向
4 上面
5,6 側面
10 結晶粒子
20 一軸配向成型体の成型装置
21 超伝導コイル
22 載置台
23 泥漿または縣濁液
24 多孔質鋳型または鋳型容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molding body 2 Magnetic field application direction 3 Gravity direction 4 Upper surface 5,6 Side surface 10 Crystal particle 20 Uniaxially oriented molded body molding device 21 Superconducting coil 22 Mounting table 23 Mud or suspension 24 Porous mold or mold container

Claims (13)

何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿を多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。   Either of the two magnetic susceptibilities and the magnetic susceptibility of the material particles having crystal magnetic anisotropy larger than that of the other magnetic susceptibility are put in a porous mold, and the above is performed by the slip casting method. A molding method for a uniaxially oriented molded body, wherein a molded body made of a material is molded while applying a rotating magnetic field. 何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい結晶磁気異方性を有する物質粒子の縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。   A suspension of material particles having crystal magnetic anisotropy in which any two magnetic susceptibilities are equal and whose magnetic susceptibility is larger than that of the other magnetic susceptibility is held in the mold container. A method for molding a uniaxially oriented molded body, wherein a molding is made while applying a rotating magnetic field when a molded body made of the above-mentioned substance is molded by evaporating a solvent component. 何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を鋳型容器に保持し、縣濁液の溶媒成分を蒸発させて上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。   Any two of the magnetic susceptibilities are equivalent, and these magnetic susceptibilities are held in a mold container with a suspension made of a fibrous material having a magnetic anisotropy greater than that of the other magnetic susceptibility. A method for molding a uniaxially oriented molded body, characterized in that when a molded body made of the above-mentioned substance is molded by evaporating the solvent component of the liquid, the molded body is molded while applying a rotating magnetic field. 何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい磁気異方性を有する繊維状の物質からなる縣濁液を、多孔質の鋳型に入れてスリップキャスティング法により上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。   A suspension made of a fibrous material having magnetic anisotropy that is equal to any two magnetic susceptibilities and whose magnetic susceptibility is larger than that of the other magnetic susceptibility is placed in a porous mold. A molding method for a uniaxially oriented molded body, wherein a molded body made of the above-mentioned substance is molded by slip casting while applying a rotating magnetic field. 何れか二つの磁化率が同等であり、且つ、これらの磁化率が他の一つの磁化率より大きい有機物質を、化学反応によって晶出して上記物質からなる成型体を成型する際に、回転磁場を印加しつつ上記物質からなる成型体を成型することを特徴とする、一軸配向成型体の成型方法。   A rotating magnetic field is produced when an organic substance having the same magnetic susceptibility and any one of the two magnetic susceptibility is crystallized by a chemical reaction to form a molded body made of the above-mentioned substance. A method for molding a uniaxially oriented molded body, wherein a molded body made of the above-mentioned substance is molded while applying an electric field. 前記結晶磁気異方性を有する物質粒子の泥漿は、解膠剤を添加しながら剪断力を加えて作製した泥漿であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の一軸配向成型体の成型方法。   The uniaxially oriented molded body according to claim 1 or 2, wherein the slurry of material particles having crystal magnetic anisotropy is a slurry prepared by applying a shearing force while adding a peptizer. Molding method. 前記泥漿または縣濁液中に、前記物質の結晶成長を促進する種結晶を添加して成型し、引き続いて焼結することを特徴とする、請求項1又は2の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。   The uniaxial orientation according to claim 1, wherein a seed crystal that promotes crystal growth of the substance is added to the slurry or suspension, and then molded, and subsequently sintered. Molding method of molded body. 前記回転磁場の印加は、一様磁場中で前記多孔質の鋳型または鋳型容器を同一平面内で回転することによって印加することを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。   The uniaxial orientation according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotating magnetic field is applied by rotating the porous mold or mold container in the same plane in a uniform magnetic field. Molding method of molded body. 前記回転磁場の印加は、前記多孔質の鋳型または鋳型容器を固定し、印加する磁場の方向を同一平面内で回転することによって印加するを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。   6. The rotating magnetic field is applied by fixing the porous mold or mold container and rotating the direction of the applied magnetic field in the same plane. Method of molding a uniaxially oriented molded body. 前記回転磁場は、超伝導コイルによって発生する2テスラ以上の回転磁場であることを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の一軸配向成型体の成型方法。   The method for molding a uniaxially oriented molded body according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotating magnetic field is a rotating magnetic field of 2 Tesla or more generated by a superconducting coil. 磁場方向が水平になるように配置したコイルと、このコイル中に配置した、多孔質の鋳型または鋳型容器を搭載して水平面内で回転する載置台と、を有することを特徴とする、一軸配向成型体の成型装置。   A uniaxial orientation comprising a coil arranged so that a magnetic field direction is horizontal, and a mounting table arranged in the coil and mounted on a porous mold or a mold container and rotated in a horizontal plane. Molding device molding equipment. 前記コイルは超伝導コイルであることを特徴とする、請求項11に記載の一軸配向成型体の成型装置。   The uniaxially oriented molded body molding apparatus according to claim 11, wherein the coil is a superconducting coil. 前記載置台は加熱手段を有することを特徴とする、請求項11に記載の一軸配向成型体の成型装置。   The apparatus for forming a uniaxially oriented molded body according to claim 11, wherein the mounting table includes a heating unit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006043407A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Murata Manufacturing Co., Ltd Production method for non-ferromagnetic substance molded product, and non-ferromagnetic substance molded product
JP2008006128A (en) * 2006-06-30 2008-01-17 Osaka Univ Orientation control unit
JP2015063440A (en) * 2013-08-27 2015-04-09 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー Silicon nitride ceramic, method for producing the same, and semiconductor device

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