JP2013023400A - Method for producing wadalite compound - Google Patents

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暁 渡邉
Kazuhiro Ito
和弘 伊藤
Toshinari Watanabe
俊成 渡邉
Naomichi Miyagawa
直通 宮川
Setsuo Ito
節郎 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a wadalite compound, with which a film-shaped wadalite compound is formed on a substrate without being so much restrained by heat resistance of the substrate.SOLUTION: The method for producing a wadalite compound represented by compositional formula of CaAlSiOCl(where x=0 to 4) includes: (i) a step of preparing an amorphous material A represented by compositional formula of CaAlSiO(where x=0 to 4); and (ii) a step of generating the wadalite compound by treating the material A with chlorine at a temperature below 850°C.

Description

本発明は、ワダライト化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a wadalite compound.

ワダライト化合物は、Ca12Al(14−x)Si32Cl(x+2)(ただしx=0〜4)の組成を有し、三次元的に連結された、内径約0.4nmの空隙(ケージ)から構成される特徴的な結晶構造を持つ。このケージを構成する骨格は、正電荷を帯びており、単位格子当たり12個のケージを形成する。このケージの一部は、結晶の電気的中性条件を満たすため、塩素イオンによって占められている(非特許文献1)。 The wadalite compound has a composition of Ca 12 Al (14-x) Si x O 32 Cl (x + 2) (x = 0 to 4), and is a three-dimensionally connected void having an inner diameter of about 0.4 nm ( (Cage) has a characteristic crystal structure. The skeleton constituting this cage is positively charged and forms 12 cages per unit cell. A part of the cage is occupied by chlorine ions in order to satisfy the electrical neutrality condition of the crystal (Non-Patent Document 1).

ワダライト化合物は、CaO(酸化カルシウム)、Al(アルミナ)、およびSiO(シリカ)を、化学量論組成となるように混合した後、この混合原料に過剰量のCaCl(塩化カルシウム)を加え、得られた混合物を850℃で72時間、熱処理することにより製造することができる(非特許文献2)。 The wadalite compound is prepared by mixing CaO (calcium oxide), Al 2 O 3 (alumina), and SiO 2 (silica) so as to have a stoichiometric composition, and then adding an excess amount of CaCl 2 (calcium chloride to this mixed raw material. ) And the resulting mixture is heat-treated at 850 ° C. for 72 hours (Non-patent Document 2).

J.Jeevaratnam,F.P.Glasser,and L.S.D.Glasser,J.Am.Ceram.Soc.,第47巻,No.2,p105−p106(1964)J. et al. Jeevaratnam, F.A. P. Glasser, and L.L. S. D. Glasser, J. et al. Am. Ceram. Soc. , Vol. 47, no. 2, p105-p106 (1964) Qui Ling Feng,Frederic P.Glasser,R.Alan−Howie,and Eric E.Lachowski,Acta Cryst.,C44,p589−p592(1988)Qui Ling Feng, Frederic P.M. Glasser, R.A. Alan-Howie, and Eric E. et al. Lachowski, Acta Cryst. , C44, p589-p592 (1988)

前述のように、ワダライト化合物は、化学量論組成となるように調合されたCaO、Al、およびSiOに塩化カルシウムを加え、得られた混合物を850℃で72時間、熱処理することにより製造される。 As described above, the wadalite compound is prepared by adding calcium chloride to CaO, Al 2 O 3 , and SiO 2 prepared to have a stoichiometric composition, and heat-treating the resulting mixture at 850 ° C. for 72 hours. Manufactured by.

しかしながら、このような従来の製造方法には、以下のような問題がある。   However, such a conventional manufacturing method has the following problems.

例えば、基板上に膜状のワダライト化合物を形成する場合、従来の製造方法では、基板を850℃以上の温度に加熱する必要がある。このため、従来の製造方法では、使用する基板の種類が限られてしまい、耐熱性のある基板しか使用することができないという問題が生じ得る。例えば、基板材料としてガラスを選定した場合、このような処理温度では、ガラス基板が軟化したり、変形したりして、適正な膜形成を行うことができなくなる可能性がある。   For example, when forming a film-like wadalite compound on a substrate, it is necessary to heat the substrate to a temperature of 850 ° C. or higher in the conventional manufacturing method. For this reason, in the conventional manufacturing method, the kind of board | substrate to be used is restricted and the problem that only a heat resistant board | substrate can be used may arise. For example, when glass is selected as the substrate material, the glass substrate may be softened or deformed at such a processing temperature, and an appropriate film formation may not be performed.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、基板の耐熱性にあまり拘束されることなく、基板上に膜状のワダライト化合物を形成することが可能な、ワダライト化合物の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and in the present invention, a wadalite compound capable of forming a film-like wadalite compound on a substrate without being largely restricted by the heat resistance of the substrate. It aims at providing the manufacturing method of.

本発明では、Ca12Al(14−x)Si32Cl(x+2)(ただしx=0〜4)の組成で表されるワダライト化合物の製造方法であって、
(i)Ca12Al(14−x)Si(33+x/2)(ただしx=0〜4)の組成で表される非晶質の材料Aを調製する工程と、
(ii)850℃未満の温度で、前記材料Aを塩素処理してワダライト化合物を生成する工程と、
を有する製造方法が提供される。
In the present invention, a method for producing a wadalite compound represented by a composition of Ca 12 Al (14-x) Si x O 32 Cl (x + 2) (where x = 0 to 4),
(I) a step of preparing an amorphous material A represented by a composition of Ca 12 Al (14-x) Si x O (33 + x / 2) (where x = 0 to 4);
(Ii) chlorinating the material A at a temperature of less than 850 ° C. to produce a wadalite compound;
A manufacturing method is provided.

ここで、本発明による製造方法において、前記(ii)の工程は、
(a)前記材料Aに、金属塩化物を添加して、得られた混合物を850℃未満の温度で熱処理する工程、または
(b)塩素含有ガスを含む雰囲気において、前記材料Aを850℃未満の温度で熱処理する工程
を有しても良い。
Here, in the production method according to the present invention, the step (ii) includes:
(A) adding a metal chloride to the material A and heat-treating the resulting mixture at a temperature of less than 850 ° C., or (b) reducing the material A to less than 850 ° C. in an atmosphere containing a chlorine-containing gas. A step of heat treatment at a temperature of

また、この場合、
前記金属塩化物は、塩化カルシウムおよび/もしくは塩化カリウムを含み、または
前記塩素含有ガスは、塩化水素ガスおよび/もしくは塩素ガスを含んでも良い。
In this case,
The metal chloride may include calcium chloride and / or potassium chloride, or the chlorine-containing gas may include hydrogen chloride gas and / or chlorine gas.

また、本発明による製造方法において、前記(ii)の工程は、620℃以上の温度で実施されても良い。   Moreover, in the manufacturing method by this invention, the process of said (ii) may be implemented at the temperature of 620 degreeC or more.

また、本発明による製造方法において、前記(i)の工程は、酸化カルシウム、アルミナ、およびシリカを所定の割合で調合して得た原料を、1450℃〜1800℃の温度で保持して溶融した後、急冷する工程を有しても良い。   In the production method according to the present invention, in the step (i), the raw material obtained by blending calcium oxide, alumina, and silica at a predetermined ratio was held and melted at a temperature of 1450 ° C to 1800 ° C. Thereafter, a step of quenching may be included.

また、本発明による製造方法において、前記(ii)の工程は、基板上で、前記材料Aを塩素処理する工程を有し、前記基板上に膜状のワダライト化合物が形成されても良い。   In the production method according to the present invention, the step (ii) may include a step of chlorinating the material A on a substrate, and a film-like wadalite compound may be formed on the substrate.

この場合、前記基板は、ガラス基板であっても良い。   In this case, the substrate may be a glass substrate.

なお、本願において、ワダライト化合物とは、Ca12Al(14−x)Si32Cl(x+2)(ただしx=0〜4)の結晶を有するもの、およびこれと同等の結晶構造を有する同型化合物を意味する。 In the present application, the Wadaraito compound, Ca 12 Al (14-x ) Si x O 32 Cl (x + 2) ( provided that x = 0 to 4) having a crystal, and isomorphic with equivalent crystal structure as that Means a compound.

従って、本願におけるワダライト化合物には、Ca12Al(14−x)Si32Cl(x+2)(ただしx=0〜4)結晶格子の骨格と、該骨格により形成されるケージ構造とが維持される範囲で、Ca12Al(14−x)Si32Cl(x+2)(ただしx=0〜4)結晶骨格を構成する原子の一部が他の原子に置換された化合物、およびケージ中の塩素イオンの一部が酸素イオンに置換された同型化合物が含まれる。 Therefore, the wadalite compound in the present application maintains a Ca 12 Al (14-x) Si x O 32 Cl (x + 2) (where x = 0 to 4) crystal lattice skeleton and a cage structure formed by the skeleton. Ca 12 Al (14-x) Si x O 32 Cl (x + 2) (where x = 0 to 4) a compound in which a part of atoms constituting the crystal skeleton is substituted with other atoms, and cage An isomorphous compound in which some of the chlorine ions therein are replaced with oxygen ions is included.

本発明では、基板の耐熱性にあまり拘束されることなく、基板上に膜状のワダライト化合物を形成することが可能な、ワダライト化合物の製造方法を提供することができる。   The present invention can provide a method for producing a wadalite compound that can form a film-like wadalite compound on a substrate without being significantly restricted by the heat resistance of the substrate.

本発明によるワダライト化合物の製造方法の一例のフロー図である。It is a flowchart of an example of the manufacturing method of the wadalite compound by this invention. 例1における粉末aのX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of powder a in Example 1. FIG. 例1における白色粉末のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of white powder in Example 1. FIG. 例2における熱処理後に得られた粉末のX線回折パターンである。3 is an X-ray diffraction pattern of a powder obtained after heat treatment in Example 2. FIG. 例3における膜状物質のX線回折パターンである。4 is an X-ray diffraction pattern of a film-like substance in Example 3. FIG.

以下、図面を参照して、本発明について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明によるワダライト化合物の製造方法の一例の概略的なフロー図を示す。   FIG. 1 shows a schematic flow chart of an example of a method for producing a wadalite compound according to the present invention.

図1に示すように、本発明によるワダライト化合物の製造方法は、
Ca12Al(14−x)Si(33+x/2)(ただしx=0〜4)の組成で表される非晶質の材料Aを調製する工程(工程S110)と、
850℃未満の温度で、前記材料Aを塩素処理してワダライト化合物を生成する工程(工程S120)と、
を有する。
As shown in FIG. 1, the method for producing a wadalite compound according to the present invention comprises:
A step of preparing an amorphous material A represented by a composition of Ca 12 Al (14-x) Si x O (33 + x / 2) (where x = 0 to 4) (step S110);
A step (step S120) of producing a wadalite compound by chlorinating the material A at a temperature of less than 850 ° C .;
Have

本発明では、前述のような従来のワダライト化合物の製造方法とは異なり、ワダライト化合物は、比較的低温(850℃未満の温度)で、材料Aを「塩素処理」することにより生成される。   In the present invention, unlike the conventional method for producing a wadalite compound as described above, the wadalite compound is produced by “chlorinating” the material A at a relatively low temperature (temperature less than 850 ° C.).

ここで、「塩素処理」とは、材料Aのケージを構成する骨格内に、塩素イオンを導入することが可能な処理方法の総称を意味する。例えば、「塩素処理」には、材料Aと金属塩化物を混合して、得られた混合物を熱処理する方法、および塩素含有ガスを含む雰囲気において、材料Aを熱処理する方法等が含まれる。   Here, “chlorine treatment” means a general term for treatment methods capable of introducing chlorine ions into the skeleton constituting the cage of the material A. For example, “chlorination” includes a method of mixing the material A and a metal chloride, heat-treating the obtained mixture, and a method of heat-treating the material A in an atmosphere containing a chlorine-containing gas.

このような本発明による方法では、基板上に膜状のワダライト化合物を形成する際に、基板の耐熱性にとらわれる必要が軽減され、使用できる基板の種類が増加する。例えば、本発明では、ガラス基板のような汎用性のある基板上に、ワダライト化合物膜を設置することが可能となる。   In such a method according to the present invention, when forming a film-shaped wadalite compound on a substrate, the necessity of being constrained by the heat resistance of the substrate is reduced, and the types of substrates that can be used are increased. For example, in the present invention, a wadalite compound film can be placed on a versatile substrate such as a glass substrate.

以下、図1に示した各工程について、詳しく説明する。   Hereinafter, each process shown in FIG. 1 will be described in detail.

(工程S110)
まず、非晶質のCa12Al(14−x)Si(33+x/2)(ただしx=0〜4)(以下、単に「材料A」と称する)が調製される。
(Process S110)
First, amorphous Ca 12 Al (14-x) Si x O (33 + x / 2) (where x = 0 to 4) (hereinafter simply referred to as “material A”) is prepared.

材料Aの調製方法は、特に限られず、材料Aは、いかなる一般的な方法で調製されても良い。   The method for preparing the material A is not particularly limited, and the material A may be prepared by any general method.

例えば、材料Aは、酸化カルシウム粉末、アルミナ粉末、およびシリカ粉末を含む原料粉末を所定の割合で調合して得た原料を、1450℃〜1800℃の温度で保持して溶融した後、急冷することにより調製することができる。   For example, the material A is rapidly cooled after a raw material obtained by preparing a raw material powder containing calcium oxide powder, alumina powder, and silica powder at a predetermined ratio is held at a temperature of 1450 ° C. to 1800 ° C. and melted. Can be prepared.

この場合、例えば、保持温度は、1500℃〜1700℃の範囲であっても良い。また、急冷処理の際の降温速度は、例えば、10℃/分〜10℃/分の範囲であっても良い。好ましくは、1450℃から500℃を10℃/秒〜10℃/秒で冷却する。 In this case, for example, the holding temperature may be in the range of 1500 ° C to 1700 ° C. Moreover, the temperature-fall rate in the case of a rapid cooling process may be the range of 10 < 2 > C / min-10 < 5 > C / min, for example. Preferably, cooling is performed from 1450 ° C. to 500 ° C. at 10 2 ° C./second to 10 5 ° C./second.

保持温度で処理する時間は、10分〜3時間の範囲であっても良い。   The processing time at the holding temperature may be in the range of 10 minutes to 3 hours.

ここで、本発明において使用される材料Aは、非晶質である必要がある。これは、結晶化合物の混合物を材料として用いた場合は、ワダライト化合物を低温で、かつ収率良く得ることが困難となるためである。例えば、材料Aを非晶質とせず、CaO結晶、Al結晶およびSiO結晶の混合物を材料として用いると、ワダライト化合物は単体では得られず、結晶化合物の混合物となる。 Here, the material A used in the present invention needs to be amorphous. This is because when a mixture of crystalline compounds is used as a material, it is difficult to obtain a wadalite compound at a low temperature and in a high yield. For example, when the material A is not made amorphous and a mixture of CaO crystal, Al 2 O 3 crystal and SiO 2 crystal is used as the material, the wadalite compound cannot be obtained as a simple substance but becomes a mixture of crystalline compounds.

なお、典型的な場合、材料Aの一般式におけるxの値は、約3.4である。ただしxの値は、0〜4の範囲で適宜選定することができる。   In a typical case, the value of x in the general formula of material A is about 3.4. However, the value of x can be suitably selected in the range of 0-4.

原料は、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)およびケイ素(Si)の割合が、Ca:Al:Siのモル比で、12:14:0〜12:10:4となり、かつ、Caに対して、AlとSiの合計が、Ca:(Al+Si)のモル比で、12:14となるように調合される。Ca:Al:Si(モル比)は、12:12:2〜12:10:4であることが好ましい。   The raw material has a ratio of calcium (Ca), aluminum (Al) and silicon (Si) of 12: 14: 0 to 12: 10: 4 in a molar ratio of Ca: Al: Si, and with respect to Ca. , Al and Si are mixed so that the molar ratio of Ca: (Al + Si) is 12:14. Ca: Al: Si (molar ratio) is preferably 12: 12: 2 to 12: 10: 4.

なお、原料として使用される化合物は、前記割合が維持される限り、特に限られない。   In addition, the compound used as a raw material is not particularly limited as long as the ratio is maintained.

原料は、例えば、カルシウム化合物とアルミニウム化合物を含む混合物であっても良い。原料は、例えば、カルシウム化合物とアルミニウム化合物とケイ素化合物を含む混合物であっても良い。   The raw material may be, for example, a mixture containing a calcium compound and an aluminum compound. The raw material may be, for example, a mixture containing a calcium compound, an aluminum compound, and a silicon compound.

原料は、アルミノケイ酸塩を含んでもよい。原料は、カルシウム化合物と、アルミニウム化合物および/またはケイ素化合物からなる群から選定された少なくともひとつと、アルミノケイ酸塩との混合物であっても良い。   The raw material may include an aluminosilicate. The raw material may be a mixture of an aluminosilicate and at least one selected from the group consisting of a calcium compound, an aluminum compound and / or a silicon compound.

カルシウム化合物としては、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、または水酸化カルシウムなどが挙げられる。これらの中では、炭酸カルシウムが好ましい。   Examples of the calcium compound include calcium carbonate, calcium oxide, and calcium hydroxide. Of these, calcium carbonate is preferred.

アルミニウム化合物としては、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、または硝酸アルミニウムなどが挙げられる。これらの中では、酸化アルミニウムが好ましい。   Examples of the aluminum compound include aluminum hydroxide, aluminum oxide, and aluminum nitrate. Among these, aluminum oxide is preferable.

ケイ素化合物としては、酸化シリコンが好ましい。   As the silicon compound, silicon oxide is preferable.

また、材料Aは、粉末化することが好ましい。この場合、以降の塩素処理工程において、均一な組成のワダライト化合物をより容易に得ることが可能となる。   The material A is preferably powdered. In this case, a wadalite compound having a uniform composition can be more easily obtained in the subsequent chlorination process.

材料Aが粉末状の場合、その粒径は、特に限られない。材料Aの粒径は、例えば、1μm〜20μm(平均粒径)の範囲であっても良い。   When the material A is powdery, the particle size is not particularly limited. The particle size of the material A may be, for example, in the range of 1 μm to 20 μm (average particle size).

通常の場合、粉末状の材料Aは、材料Aを粗粉化し、さらにこの粗粉を微細まで粉砕することにより調製される。材料Aの粗粉化には、スタンプミル、自動乳鉢等が使用され、まず平均粒径が約20μm程度になるまで粉砕される。粗粉を、前述の平均粒径の微細粉まで粉砕するには、ボールミル、ビーズミルなどが使用される。たとえば、タングステンカーバイドのボールを使った遊星ミルを用いると、材料Aの粗粒に異物が混入せず、20μm以下の粒径を持つ粗粒にすることが可能である。このようにして得られた材料Aは、ボールミルやジェットミルを用いて平均粒径10μm以下のさらに細かい粒子に粉砕することが可能である。さらに、20μm以下に粗粉砕した材料Aを溶媒と混合してビーズ粉砕を行うと、より細かい、平均粒径が5μm以下の材料Aの分散した分散溶液が作製できる。ビーズ粉砕には、例えば酸化ジルコニウムビーズを用いることができる。上記粉砕時に溶媒として、たとえば、水または有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、たとえば、アルコールまたはエーテルが使用できる。   In a normal case, the powdered material A is prepared by coarsely grinding the material A and further grinding the coarse powder to a fine particle. For the coarsening of the material A, a stamp mill, an automatic mortar, or the like is used. First, the material A is pulverized until the average particle size is about 20 μm. A ball mill, a bead mill, or the like is used to pulverize the coarse powder to the fine powder having the above average particle diameter. For example, when a planetary mill using tungsten carbide balls is used, foreign particles are not mixed in the coarse particles of the material A, and the coarse particles having a particle diameter of 20 μm or less can be obtained. The material A thus obtained can be pulverized into finer particles having an average particle diameter of 10 μm or less using a ball mill or a jet mill. Further, when the material A coarsely pulverized to 20 μm or less is mixed with a solvent and bead pulverized, a finer dispersion solution in which the material A having an average particle diameter of 5 μm or less is dispersed can be produced. For example, zirconium oxide beads can be used for bead grinding. For example, water or an organic solvent can be used as a solvent during the pulverization. As the organic solvent, for example, alcohol or ether can be used.

必要に応じて、粉末状の材料Aは、ペースト化、スラリー化、またはゾルゲル化されても良い。   As needed, the powdery material A may be pasted, slurried, or sol-gelled.

ペーストの作製方法は、特に限られず、一般的な方法を用いることができる。例えば、前述の調製粉末をバインダーとともに溶媒中に添加、撹拌することにより、ペーストを調製しても良い。バインダーには、有機バインダーおよび無機バインダーのいずれも使用することができる。有機バインダーとしては、例えば、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリエチレンオキシドなどが使用できる。また、溶媒としては、酢酸ブチル、テルピネオール、化学式C2n+1OH(n=1〜4)で表されるアルコール等が使用できる。 The method for producing the paste is not particularly limited, and a general method can be used. For example, the paste may be prepared by adding the above prepared powder together with a binder to a solvent and stirring. As the binder, both an organic binder and an inorganic binder can be used. As the organic binder, for example, nitrocellulose, ethylcellulose, polyethylene oxide and the like can be used. As the solvent, butyl acetate, terpineol, alcohol represented by the chemical formula C n H 2n + 1 OH (n = 1 to 4), or the like can be used.

次に、必要な場合、前述のようにして調製された材料Aが基板上に設置される。   Next, if necessary, the material A prepared as described above is placed on the substrate.

基板の材質、形状、および寸法は、特に限られない。基板は、例えば、ガラス基板であっても良い。また、用途に応じて、金属基板を用いることができる。金属基板の耐熱温度は600℃以上であることが好ましい。ただし、前述のように、本発明では、従来の製造方法に比べて、基板の耐熱性に対する制約が緩和され、より広い材料範囲から基板材料を選定し得ることに留意する必要がある。   The material, shape, and dimensions of the substrate are not particularly limited. The substrate may be a glass substrate, for example. Moreover, a metal substrate can be used according to a use. The heat resistant temperature of the metal substrate is preferably 600 ° C. or higher. However, as described above, in the present invention, it is necessary to note that the substrate material can be selected from a wider material range because the restriction on the heat resistance of the substrate is relaxed compared to the conventional manufacturing method.

材料Aを基板に設置する方法は、特に限られない。   The method for placing the material A on the substrate is not particularly limited.

材料Aは、例えば、塗布法、スプレー法、含浸法、または印刷法等により、基板上に設置されても良い。例えば、前述のようにして調製された材料Aを含有するペーストを、スクリーン印刷により塗布し、この塗布膜に熱処理を行って、溶媒およびバインダーを除去することにより、基板上に材料Aが膜状に形成される。塗布膜の好ましい焼成条件は、スラリーの成分の有機物が分解し、材料Aが基板表面と十分に固着される80〜850℃が好ましい。この熱処理は空気中で行うことにより、効率良く溶媒およびバインダーが除去される。熱処理時の雰囲気としては、不活性ガスまたは真空も可能であり、耐酸化性の低い基板を使用できる。また、焼成時間は10分〜2時間が好ましい。また、塗布膜の厚みは1〜50μmであることが好ましい。   The material A may be placed on the substrate by, for example, a coating method, a spray method, an impregnation method, or a printing method. For example, the paste containing the material A prepared as described above is applied by screen printing, and the applied film is subjected to a heat treatment to remove the solvent and the binder, whereby the material A is formed into a film on the substrate. Formed. Preferable baking conditions for the coating film are preferably 80 to 850 ° C. in which the organic substances of the components of the slurry are decomposed and the material A is sufficiently fixed to the substrate surface. By performing this heat treatment in air, the solvent and the binder are efficiently removed. As an atmosphere during the heat treatment, an inert gas or a vacuum can be used, and a substrate having low oxidation resistance can be used. The firing time is preferably 10 minutes to 2 hours. Moreover, it is preferable that the thickness of a coating film is 1-50 micrometers.

あるいは、材料Aは、スパッタ法、PVD法、CVD法、または電子ビーム蒸着法等の成膜技術により、基板上に直接、膜状に形成しても良い。   Alternatively, the material A may be directly formed in a film shape on the substrate by a film forming technique such as a sputtering method, a PVD method, a CVD method, or an electron beam evaporation method.

(工程S120)
次に、材料Aが塩素処理され、これにより、ワダライト化合物が生成される。
(Process S120)
Next, material A is chlorinated, thereby producing a wadalite compound.

塩素処理は、850℃未満の温度で実施される。処理温度は、例えば、620℃〜800℃の範囲で実施されても良い。処理温度の上限は、770℃以下であることがより好ましい。620℃未満では、より長時間の塩素処理が必要となる。また、処理温度が770℃を超えると、塩素処理はより短時間にできるが、基板上にワダライト化合物を作製する場合は、耐熱性の基板が必要となる。   Chlorination is performed at a temperature below 850 ° C. Processing temperature may be implemented in the range of 620 degreeC-800 degreeC, for example. The upper limit of the treatment temperature is more preferably 770 ° C. or lower. If it is less than 620 ° C., a longer chlorination treatment is required. In addition, when the treatment temperature exceeds 770 ° C., the chlorination can be performed in a shorter time. However, when a wadalite compound is produced on a substrate, a heat resistant substrate is required.

塩素処理の条件は、特に限られない。塩素処理は、例えば、
(a)材料Aに、金属塩化物を添加して、得られた混合物を850℃未満の温度で熱処理する処理、または
(b)塩素含有ガスを含む雰囲気において、材料Aを850℃未満の温度で熱処理する処理
を含んでも良い。
The conditions for chlorination are not particularly limited. Chlorine treatment is, for example,
(A) A process of adding a metal chloride to the material A and heat-treating the resulting mixture at a temperature of less than 850 ° C., or (b) a temperature of the material A of less than 850 ° C. in an atmosphere containing a chlorine-containing gas. A heat treatment process may be included.

(a)の処理の場合、金属塩化物は、これに限られるものではないが、例えば、塩化カリウムおよび/または塩化カルシウムであっても良い。   In the case of the treatment (a), the metal chloride is not limited to this, but may be, for example, potassium chloride and / or calcium chloride.

また、熱処理時間は、特に限られない。熱処理時間は、例えば、72時間未満であっても良く、例えば1時間〜10時間の範囲であっても良い。また、熱処理は、大気中で実施しても良い。昇温速度および降温速度は特に限られないが、ガラス基板を使用する場合は、100℃/時間〜600℃/時間とすると、基板の熱割れを避けることができるため好ましい。   Further, the heat treatment time is not particularly limited. The heat treatment time may be, for example, less than 72 hours, for example, in the range of 1 hour to 10 hours. Moreover, you may implement heat processing in air | atmosphere. The rate of temperature increase and the rate of temperature decrease are not particularly limited, but when a glass substrate is used, it is preferable to set the temperature to 100 ° C./hour to 600 ° C./hour because thermal cracking of the substrate can be avoided.

例えば、金属塩化物が塩化カルシウムの場合、熱処理によって、材料Aから、例えば、以下のような反応を経て、ワダライト化合物を製造することができる(x=0のとき):

Ca12Al10Si35+3CaCl
→ Ca12Al10Si32Cl+3CaO (1)式

ただし、この反応式は、一例であって、その他の反応を経て、材料Aからワダライト化合物が生成されても良い。
For example, when the metal chloride is calcium chloride, a wadalite compound can be produced from the material A by heat treatment, for example, through the following reaction (when x = 0):

Ca 12 Al 10 Si 4 O 35 + 3CaCl 2
→ Ca 12 Al 10 Si 4 O 32 Cl 6 + 3CaO (1) formula

However, this reaction formula is an example, and a wadalite compound may be generated from the material A through other reactions.

一方、(b)の処理の場合、塩素含有ガスは、塩化水素ガスおよび/または塩素ガスであっても良い。また、処理雰囲気は、さらに、水素ガスおよび/または不活性ガス(例えば、窒素、アルゴン、および/またはヘリウムなど)等を含んでも良い。   On the other hand, in the case of the treatment (b), the chlorine-containing gas may be hydrogen chloride gas and / or chlorine gas. The processing atmosphere may further contain hydrogen gas and / or inert gas (for example, nitrogen, argon, and / or helium) and the like.

工程S120により、材料Aが塩素処理され、ワダライト化合物を生成することができる。特に、材料Aが設置された基板を塩素処理した場合、基板上に、膜状のワダライト化合物を形成することができる。   Through step S120, material A can be chlorinated to produce a wadalite compound. In particular, when the substrate on which the material A is installed is subjected to chlorination, a film-like wadalite compound can be formed on the substrate.

次に、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

(例1)
以下の方法で、ワダライト化合物を製造した。
(Example 1)
A wadalite compound was produced by the following method.

(材料Aの調製)
まず、CaCO粉末、Al粉末、およびSiO粉末を、モル比が12:5:2となるように混合して、混合粉末を調合した。
(Preparation of Material A)
First, CaCO 3 powder, Al 2 O 3 powder, and the SiO 2 powder, the molar ratio of 12: 5: 2 and mixed to so, the mixed powder was formulated.

得られた混合粉末を白金坩堝に入れ、空気中で、1650℃で15分保持し、混合粉末を溶融させた。溶融物を双ローラー法により急冷(冷却速度10℃/分程度)し、厚さ約0.5mmの固形物を得た。 The obtained mixed powder was put into a platinum crucible and held in air at 1650 ° C. for 15 minutes to melt the mixed powder. The melt was rapidly cooled by a double roller method (cooling rate of about 10 4 ° C / min) to obtain a solid having a thickness of about 0.5 mm.

固形物の組成は、Ca12Al10Si35であった。 The composition of the solid was Ca 12 Al 10 Si 4 O 35 .

次に、この固形物をボールミルを用いて粉砕して、粉末aを得た。レーザ回折散乱法(SALD−2100、島津製作所社製)により、この粉末aの粒度を測定したところ、平均粒径は5μmであった。   Next, this solid was pulverized using a ball mill to obtain powder a. When the particle size of the powder a was measured by a laser diffraction scattering method (SALD-2100, manufactured by Shimadzu Corporation), the average particle size was 5 μm.

図2には、得られた粉末aのX線回折結果を示す。   In FIG. 2, the X-ray-diffraction result of the obtained powder a is shown.

図2の回折パターンから、粉末aは、非晶質であることが確認された。以下、粉末aを「材料Aの粉末」と称する。   From the diffraction pattern of FIG. 2, it was confirmed that the powder a was amorphous. Hereinafter, the powder a is referred to as “material A powder”.

(ワダライト化合物の合成)
材料Aの粉末5gと、塩化カルシウム(CaCl)粉末20gとを混合し、混合原料を得た。
(Synthesis of wadalite compounds)
5 g of the powder of the material A and 20 g of calcium chloride (CaCl 2 ) powder were mixed to obtain a mixed raw material.

次に、以下の条件で、この混合原料を熱処理(塩素処理)した。   Next, this mixed raw material was heat-treated (chlorine treatment) under the following conditions.

まず、混合原料を蓋付きアルミナ坩堝に入れ、空気中で、400℃/時間の昇温速度で、670℃まで昇温した。アルミナ坩堝をこの温度に3時間保持した後、同じ雰囲気中で、アルミナ坩堝を400℃/時間の降温速度で、室温まで冷却した。   First, the mixed raw material was put in an alumina crucible with a lid, and the temperature was raised to 670 ° C. in air at a temperature rising rate of 400 ° C./hour. After holding the alumina crucible at this temperature for 3 hours, the alumina crucible was cooled to room temperature at a temperature drop rate of 400 ° C./hour in the same atmosphere.

次に、アルミナ坩堝内から得られた熱処理物を回収し、これを水洗、ろ過することにより、白色粉末を得た。   Next, the heat-treated product obtained from the alumina crucible was collected, washed with water, and filtered to obtain a white powder.

図3には、得られた白色粉末のX線回折結果を示す。   In FIG. 3, the X-ray-diffraction result of the obtained white powder is shown.

図3の回折パターンから、この白色粉末は、ワダライト化合物であることが確認された。   From the diffraction pattern of FIG. 3, it was confirmed that this white powder was a wadalite compound.

(例2)
前述の例1と同様の方法で、材料Aの粉末を調製した。また、例1と同様の方法で、この材料Aの粉末を熱処理した。
(Example 2)
A powder of material A was prepared in the same manner as in Example 1 described above. In addition, the material A powder was heat-treated in the same manner as in Example 1.

ただし、この例2では、材料Aの粉末は、塩化カルシウムと混合せず、そのままの状態で熱処理を行った。   However, in Example 2, the powder of the material A was not mixed with calcium chloride and was heat-treated as it was.

図4には、熱処理後に得られた粉末のX線回折結果を示す。   In FIG. 4, the X-ray-diffraction result of the powder obtained after heat processing is shown.

図4に示すように、熱処理後に得られた粉末は、処理前とほとんど変化しておらず、ワダライト化合物を得ることはできなかった。   As shown in FIG. 4, the powder obtained after the heat treatment was hardly changed from that before the treatment, and a wadalite compound could not be obtained.

(例3)
以下の方法で、ワダライト化合物を製造した。
(Example 3)
A wadalite compound was produced by the following method.

例1で得られた材料Aの粉末3gに、エチルセルロース、ブチルカルビトールアセテート(BCA)およびテルピネオールを含むビヒクル2.4gを加えて自動乳鉢で混練し、ペーストを調製した。   To 3 g of the material A powder obtained in Example 1, 2.4 g of a vehicle containing ethyl cellulose, butyl carbitol acetate (BCA) and terpineol was added and kneaded in an automatic mortar to prepare a paste.

印刷機を用いて、得られたペーストを、縦20mm、横20mm、厚さ0.7mmのガラス基板(AN100:旭硝子株式会社製)の表面に均一に塗布した。   Using the printing machine, the obtained paste was uniformly applied on the surface of a glass substrate (AN100: manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.7 mm.

次に、このガラス基板を、空気中、600℃で1時間熱処理した。これにより、ガラス基板の表面に、材料Aの膜が設置された(膜厚18μm)。   Next, this glass substrate was heat-treated in air at 600 ° C. for 1 hour. Thereby, the film | membrane of the material A was installed in the surface of the glass substrate (film thickness of 18 micrometers).

次に、このガラス基板を、塩化カルシウム粉末(2g)とともに、蓋付きアルミナ坩堝に入れ、空気中で、400℃/時間の昇温速度で、750℃まで昇温した。アルミナ坩堝をこの温度に6時間保持した後、同じ雰囲気中で、アルミナ坩堝を400℃/時間の降温速度で、室温まで冷却した。   Next, this glass substrate was put into an alumina crucible with a lid together with calcium chloride powder (2 g), and the temperature was raised to 750 ° C. in air at a rate of 400 ° C./hour. After holding the alumina crucible at this temperature for 6 hours, the alumina crucible was cooled to room temperature at a temperature drop rate of 400 ° C./hour in the same atmosphere.

次に、アルミナ坩堝内からガラス基板を回収し、これを水洗した。これにより、表面に膜状物質が形成されたガラス基板が得られた。   Next, the glass substrate was recovered from the alumina crucible and washed with water. As a result, a glass substrate having a film-like substance formed on the surface was obtained.

図5には、得られた膜状物質のX線回折結果を示す。   In FIG. 5, the X-ray-diffraction result of the obtained film-form substance is shown.

図5の回折パターンから、この膜状物質は、ワダライト化合物であることが確認された。   From the diffraction pattern of FIG. 5, it was confirmed that this film-like substance was a wadalite compound.

本発明の方法で製造されたワダライト化合物は、例えば、湿度センサ等に利用することができる。   The wadalite compound produced by the method of the present invention can be used for, for example, a humidity sensor.

Claims (7)

Ca12Al(14−x)Si32Cl(x+2)(ただしx=0〜4)の組成で表されるワダライト化合物の製造方法であって、
(i)Ca12Al(14−x)Si(33+x/2)(ただしx=0〜4)の組成で表される非晶質の材料Aを調製する工程と、
(ii)850℃未満の温度で、前記材料Aを塩素処理してワダライト化合物を生成する工程と、
を有する製造方法。
A method for producing a wadalite compound represented by a composition of Ca 12 Al (14-x) Si x O 32 Cl (x + 2) (where x = 0 to 4),
(I) a step of preparing an amorphous material A represented by a composition of Ca 12 Al (14-x) Si x O (33 + x / 2) (where x = 0 to 4);
(Ii) chlorinating the material A at a temperature of less than 850 ° C. to produce a wadalite compound;
A manufacturing method comprising:
前記(ii)の工程は、
(a)前記材料Aに、金属塩化物を添加して、得られた混合物を850℃未満の温度で熱処理する工程、または
(b)塩素含有ガスを含む雰囲気において、前記材料Aを850℃未満の温度で熱処理する工程
を有する請求項1に記載の製造方法。
The step (ii)
(A) adding a metal chloride to the material A and heat-treating the resulting mixture at a temperature of less than 850 ° C., or (b) reducing the material A to less than 850 ° C. in an atmosphere containing a chlorine-containing gas. The manufacturing method of Claim 1 which has the process of heat-processing at the temperature of.
前記金属塩化物は、塩化カルシウムおよび/もしくは塩化カリウムを含み、または
前記塩素含有ガスは、塩化水素ガスおよび/もしくは塩素ガスを含む請求項2に記載の製造方法。
The manufacturing method according to claim 2, wherein the metal chloride includes calcium chloride and / or potassium chloride, or the chlorine-containing gas includes hydrogen chloride gas and / or chlorine gas.
前記(ii)の工程は、620℃以上の温度で実施される請求項1乃至3のいずれか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the step (ii) is performed at a temperature of 620 ° C. or higher. 前記(i)の工程は、酸化カルシウム、アルミナ、およびシリカを所定の割合で調合して得た原料を、1450℃〜1800℃の温度で保持して溶融した後、急冷する工程を有する請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。   The step (i) includes a step of rapidly cooling a raw material obtained by blending calcium oxide, alumina, and silica in a predetermined ratio after being held and melted at a temperature of 1450 ° C to 1800 ° C. 5. The production method according to any one of 1 to 4. 前記(ii)の工程は、基板上で、前記材料Aを塩素処理する工程を有し、前記基板上に膜状のワダライト化合物が形成される請求項1乃至5のいずれか一つに記載の製造方法。   The step (ii) includes a step of chlorinating the material A on a substrate, and a film-like wadalite compound is formed on the substrate. Production method. 前記基板は、ガラス基板である請求項6に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 6, wherein the substrate is a glass substrate.
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