JP2018123027A - Silica/graphite-based uncalcinated solidified body, and method for producing the same - Google Patents

Silica/graphite-based uncalcinated solidified body, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silica/graphite-based uncalcinated solidified body which is excellent in mechanical strength and has high electric conductivity; and to provide a method for producing the same.SOLUTION: An activated silica has: inner core particles which consist of silica; and an activation layer which forms a shell of the inner core particles and is activated mechanochemically. In a silica/graphite-based uncalcinated solidified body of this invention, the activation layers of the activated silica are bonded together through dehydration condensation to form the solidified body, and graphite particles are included in the activation layer bonded through the dehydration condensation and are distributed. The silica/graphite-based uncalcinated solidified body can be produced by: grinding silica in a dried state to form the activation layer on a surface of the silica particles as the activated silica (an activation step S11); adding the graphite to the activated silica and then mixing them (a mixing step S12); and adding a potassium hydroxide solution to dissolving and reprecipitating the activation layer (a solidifying step S13).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はシリカとグラファイトが無焼成で複合・固化されたシリカ/グラファイト無焼成固化体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a silica / graphite non-fired solidified body in which silica and graphite are combined and solidified without firing, and a method for producing the same.

陶器やセメントやガラス等の窯業製品の製造では、焼成工程が必須となるため、重油やガスや電気等の多くのエネルギーを消費する。この問題を解決すべく、本発明者は、焼成工程を必要としない、メカノケミカル反応を利用した無焼成固化体を開発してきた(例えば特許文献1〜4)。   In the manufacture of ceramic products such as pottery, cement, and glass, a firing process is essential, and thus a large amount of energy such as heavy oil, gas, and electricity is consumed. In order to solve this problem, the present inventor has developed an unfired solidified body using a mechanochemical reaction that does not require a firing step (for example, Patent Documents 1 to 4).

これらの無焼成固化体の製造方法では、まずケイ酸やケイ酸塩化合物の粉体を摩砕してメカノケミカル的に活性化層を形成させる。そして活性化層をアルカリで加水分解することにより溶解し、さらには脱水縮合させることにより再析出させ、これにより粉体どうしが結合して固化体となる。このメカノケミカル反応を利用した無焼成固化体の製造方法は、固化の制御が容易であり、機械的な強度及び寸法精度の優れており、見栄えも良く、幅広い資源を原料とすることができるため、セラミックス粉体の固化方法として注目をされている   In these methods for producing a non-fired solidified body, first, a powder of silicic acid or a silicate compound is ground to form an activated layer mechanochemically. Then, the activated layer is dissolved by hydrolysis with an alkali, and further re-deposited by dehydration condensation, whereby the powders are combined to form a solid. The method for producing a non-fired solidified body using this mechanochemical reaction is easy to control solidification, has excellent mechanical strength and dimensional accuracy, has a good appearance, and can use a wide range of resources as raw materials. Has attracted attention as a method of solidifying ceramic powder

特開2009−203101号公報JP 2009-203101 A 特開2009−203102号公報JP 2009-203102 A 特開2008−239433号公報JP 2008-239433 A 特開2008−239434号公報JP 2008-239434 A

上記従来のメカノケミカル反応を利用した無焼成固化体に対し、さらなる機械的強度の向上や新たな機能性を付与することができれば、無焼成固化体の新たな用途の拡大につながることとなる。本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、機械的強度に優れ、高い電気伝導率を有するシリカ/グラファイト無焼成固化体及びその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。   If further improvement in mechanical strength and new functionality can be imparted to the non-fired solidified body using the conventional mechanochemical reaction, it will lead to expansion of new uses of the non-fired solidified body. The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object to be solved to provide a silica / graphite non-fired solidified body having excellent mechanical strength and high electrical conductivity, and a method for producing the same. .

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、メカノケミカル処理により活性化したシリカとグラファイトの混合物をアルカリ処理して固化させたシリカ/グラファイト無焼成固化体とした場合、脱水縮合によって結合した活性化層にグラファイト粒子が内包して分散されていることを見出した。そして、さらには、この固化体が優れた機械的強度及び高い電気伝導率を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the inventors of the present invention made a silica / graphite unfired solidified body obtained by solidifying a mixture of silica and graphite activated by mechanochemical treatment by alkali treatment, It has been found that graphite particles are encapsulated and dispersed in an activated layer bonded by dehydration condensation. And furthermore, it discovered that this solidified body showed the outstanding mechanical strength and high electrical conductivity, and came to complete this invention.

すなわち、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体は、
シリカからなる内核粒子と、該内核粒子の外殻をなしメカノケミカル的に活性化された活性化層と、を有する活性化シリカの該活性化層どうしが脱水縮合によって結合して固化体をなし、
該脱水縮合によって結合した活性化層にはグラファイト粒子が内包して分散されていることを特徴とする。
That is, the silica / graphite non-fired solidified body of the present invention is
An activated silica having inner core particles made of silica and an activated layer mechanochemically activated that forms an outer shell of the inner core particles is bonded to each other by dehydration condensation to form a solidified body. ,
The activated layer bonded by the dehydration condensation is characterized in that graphite particles are included and dispersed therein.

本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体を構成する内核粒子はシリカからなり、該内核粒子の外殻をなす活性化層はメカノケミカル的に活性化されており、さらに該活性化層どうしが脱水縮合によって結合して固化体をなしている。ここで、「メカノケミカル的に活性化されている」とは、内核粒子の表面をなしているシリカが粉砕などによって衝撃応力やせん断応力を受け、化学結合や電子密度の分布の変化が起こり、電荷移動による多様な化学反応が局部的に生じたり、熱的過程での励起状態と違って電子エネルギーの励起が起こったりして、化学的に活性な状態になっていることをいう。その活性な状態については完全には明らかにされているわけではないため、具体的に構造で示すことは不可能・非実際的ではあるが、シリカのシロキサン結合が切断されてラジカルとなっていたり、シロキサン結合が水と反応してシラノール基に変換されていたりしているといわれている。そして、このメカノケミカル的に活性化された活性化層どうしが脱水縮合により固化体をなしている。このため、耐熱性及び機械的強度に優れた無焼成固化体となっている。   The inner core particles constituting the silica / graphite unfired solidified body of the present invention are made of silica, the activated layer forming the outer shell of the inner core particles is mechanochemically activated, and the activated layers are dehydrated. Bonded by condensation to form a solid. Here, “mechanochemically activated” means that the silica forming the surface of the inner core particle is subjected to impact stress and shear stress by pulverization, etc., and chemical bond and electron density distribution changes, Various chemical reactions due to charge transfer occur locally, or excitation of electron energy occurs unlike the excited state in the thermal process, which means that it is in a chemically active state. Since its active state is not completely clarified, it is impossible or impractical to specifically show the structure, but the siloxane bond of silica is cleaved into radicals. It is said that siloxane bonds are converted to silanol groups by reacting with water. The mechanochemically activated layers are solidified by dehydration condensation. For this reason, it is an unfired solidified body excellent in heat resistance and mechanical strength.

また、脱水縮合によって結合した活性化層にはグラファイト粒子が内包して分散されているため、脱水縮合によって結合した活性化層によって形成される立体網目構造の表面に集中してグラファイト粒子が分散することとなり、シリカからなる内核粒子内部にはグラファイト粒子は存在しない。このため、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体は、脱水縮合によって結合した活性化層によって形成される立体網目構造の表面に集中して存在するグラファイト粒子によって電気伝導率が効果的に高められることとなる。
したがって、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体は、耐熱性及び機械的強度に優れ、高い電気伝導率を有することとなる。
In addition, since the graphite particles are included and dispersed in the activation layer bonded by dehydration condensation, the graphite particles are concentrated on the surface of the three-dimensional network structure formed by the activation layer bonded by dehydration condensation. In other words, there are no graphite particles inside the inner core particles made of silica. For this reason, in the silica / graphite non-fired solidified body of the present invention, the electrical conductivity is effectively enhanced by the graphite particles concentrated on the surface of the three-dimensional network structure formed by the activated layer bonded by dehydration condensation. It will be.
Therefore, the silica / graphite non-fired solidified body of the present invention is excellent in heat resistance and mechanical strength and has high electrical conductivity.

本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体における、脱水縮合によって結合した活性化層は通常10nm〜100nm程度と極めて薄いため、これに内包されるグラファイト粒子もこれ以下の極めて小さい平均粒子径を有し、50nm以下とすることも可能である。   In the silica / graphite non-fired solidified body of the present invention, the activated layer bonded by dehydration condensation is usually very thin, about 10 nm to 100 nm, and therefore the graphite particles included therein have an extremely small average particle diameter below this. 50 nm or less is also possible.

また、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体では、脱水縮合によって結合した活性化層には分散されていないグラファイト粒子が含まれていてもよい。こうであっても、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体は、脱水縮合によって結合した活性化層によって形成される立体網目構造によって機械的強度は強いものとなる。また、その立体網目構造に集中して存在するグラファイト粒子によって電気伝導率が効果的に上昇することとなる。   Moreover, in the silica / graphite non-fired solidified body of the present invention, graphite particles that are not dispersed may be contained in the activated layer bonded by dehydration condensation. Even in this case, the unfired solidified body of silica / graphite of the present invention has a high mechanical strength due to the three-dimensional network structure formed by the activated layer bonded by dehydration condensation. In addition, the electrical conductivity is effectively increased by the graphite particles concentrated on the three-dimensional network structure.

本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体は以下の方法により製造することができる。
すなわち、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法は、
シリカを乾式において摩砕することにより、シリカ粒子の表面がメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させた活性化シリカとする活性化工程と、
該活性化シリカにグラファイトを加えて混合する混合工程と、
該活性化シリカとグラファイトとの混合物にアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物を含むアルカリ水溶液を加えることにより、該活性化層を溶解及び再析出させて固化体を得る固化工程と、
を備える。
The silica / graphite unfired solidified body of the present invention can be produced by the following method.
That is, the method for producing the silica / graphite non-fired solidified body of the present invention is as follows:
An activation step in which silica is ground in a dry process to form activated silica in which an activated layer in which the surface of the silica particles is mechanochemically activated is formed;
A mixing step of adding graphite to the activated silica and mixing;
Solidification to obtain a solidified body by dissolving and reprecipitating the activated layer by adding an alkaline aqueous solution containing an alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide to the mixture of the activated silica and graphite. Process,
Is provided.

本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法では、シリカを乾式において摩砕することにより、シリカ粒子の表面がメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させた活性化シリカとする(活性化工程)。この工程により、粉体のシリカ粒子が摩砕により衝撃応力やせん断応力を受け、化学結合や電子密度の分布の変化が起こり、電荷移動による多様な化学反応が局部的に生じたり、熱的過程での励起状態と違って電子エネルギーの励起が起こったりして、化学的に活性化された活性化層が形成される。しかも、この活性化工程は乾式において行われるため、メカノケミカル的な活性化が表面のみで起こり、内部はもとの構造を残すため、内部の機械的強度はほとんど低下しない。
また、混合工程としてシリカ粒子からなる粉体にグラファイトを加えて混合する。混合工程と活性化工程は、どちらを先に行ってもよいし、混合工程と活性化工程を同時に行うこともできる(この場合、シリカとグラファイトとが混合されつつ、シリカ粒子の表面に活性化層が形成される。)。グラファイトは六方晶系で層状構造を有しており、層と層の間(面間)は弱いファンデルワールス力で結合している。このため、この混合工程において、極めて小さな薄片として層状に剥離する。
さらに、活性化層が形成されたシリカ粉体とグラファイトとの混合物にアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物を含むアルカリ水溶液を加えることにより、粒子の表面のみに形成された活性化層を溶解及び再析出させて固化体を得る(固化工程)。こうして得られた固化体は、脱水縮合によって結合した活性化層によって形成される立体網目構造によって機械的強度は強いものとなる。また、その立体網目構造に集中して存在する極めて小さなグラファイト薄片によって電気伝導率が効果的に上昇することとなる。
In the method for producing a silica / graphite unfired solidified body of the present invention, activated silica is obtained by forming an activated layer in which the surface of silica particles is mechanochemically activated by grinding silica in a dry process. (Activation step). This process causes the silica particles of the powder to undergo impact stress and shear stress due to grinding, resulting in changes in the chemical bond and electron density distribution, causing various chemical reactions due to charge transfer locally, and thermal processes. Unlike the excited state, the electron energy is excited to form a chemically activated activation layer. In addition, since this activation step is performed in a dry process, mechanochemical activation occurs only on the surface, and the interior remains in its original structure, so that the internal mechanical strength hardly decreases.
Further, as a mixing step, graphite is added to the powder composed of silica particles and mixed. Either the mixing step or the activation step may be performed first, or the mixing step and the activation step can be performed simultaneously (in this case, the silica and graphite are mixed and activated on the surface of the silica particles). A layer is formed). Graphite is a hexagonal system and has a layered structure, and the layers are bonded with a weak van der Waals force between the layers (between faces). For this reason, in this mixing process, it peels in layers as a very small flake.
In addition, an alkali aqueous solution containing an alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide was added to a mixture of silica powder and graphite on which an activated layer was formed, so that it was formed only on the surface of the particles. The activated layer is dissolved and reprecipitated to obtain a solidified body (solidification step). The solidified product thus obtained has a high mechanical strength due to the three-dimensional network structure formed by the activated layers bonded by dehydration condensation. In addition, the electrical conductivity is effectively increased by extremely small graphite flakes that are concentrated in the three-dimensional network structure.

本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法の固化工程においてアルカリ水溶液に含まれるアルカリ金属水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等が挙げられる。また、溶解工程においてアルカリ水溶液に含まれるアルカリ土類金属水酸化物としては、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等が挙げられる。   Examples of the alkali metal hydroxide contained in the aqueous alkali solution in the solidification step of the method for producing a silica / graphite non-fired solidified body of the present invention include potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide and the like. Examples of the alkaline earth metal hydroxide contained in the alkaline aqueous solution in the dissolving step include calcium hydroxide and barium hydroxide.

前記混合工程は、湿式において混合される湿式混合工程が含まれることが好ましい。こうであれば、グラファイトが溶媒に濡れつつ混合されるため、グラファイトどうしの凝集を防ぐ効果を奏し、より優れた分散が可能となるからである。   The mixing process preferably includes a wet mixing process in which the mixing is performed in a wet process. This is because the graphite is mixed while being wetted with the solvent, so that it has an effect of preventing the aggregation of the graphite and enables more excellent dispersion.

シリカは平均粒径の異なる複数種類を用いることが好ましい。こうであれば、平均粒径のより大きい活性化シリカどうしが接触した場合に生ずる隙間に、平均粒径のより小さいシリカが入り込むことにより、より機械的強度に優れたシリカ/グラファイト無焼成固化体となる。また、平均粒子径の大きなシリカは、混合工程においてグラファイトの層と層の間での剥離を行う研磨材としての役割を効果的に発揮するため、粉砕効率が良くなる。このため、脱水縮合によって結合した活性化層に多くのグラファイト粒子が内包して分散することとなり、ひいては電気導電率の高い固化体とすることができる。   It is preferable to use a plurality of types of silica having different average particle diameters. If this is the case, the silica / graphite unfired solidified body with superior mechanical strength can be obtained by inserting the silica having a smaller average particle diameter into the gap formed when the activated silica having a larger average particle diameter come into contact with each other. It becomes. In addition, since silica having a large average particle diameter effectively plays a role as an abrasive for peeling between graphite layers in the mixing step, the grinding efficiency is improved. For this reason, many graphite particles are included and dispersed in the activated layer bonded by dehydration condensation, and as a result, a solidified body having high electric conductivity can be obtained.

また、複数種類のシリカ粒子のうち第1のシリカ粒子の平均粒径が第2のシリカ粒子の平均粒径の10倍以上とされていれば、第2のシリカ粒子は第1のシリカ粒子同士が接触して生ずる隙間により侵入しやすくなるため、さらに機械的強度に優れたシリカ/グラファイト無焼成固化体となる。   Moreover, if the average particle diameter of 1st silica particle is made into 10 times or more of the average particle diameter of 2nd silica particle among several types of silica particles, 2nd silica particle will be 1st silica particles. , The silica / graphite unfired solidified body is further excellent in mechanical strength.

また、本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法において、(原料となるグラファイトの容積)/(原料となるシリカの容積+原料となるグラファイトの容積)の値は0.1以上0.6以下であることが好ましい。この値が0.1未満となると、機械的強度及び電気導電性が不十分となるおそれがある。また、この値が0.6を超えると機械的強度及び電気導電性が不十分となるおそれがある。   In the method for producing a silica / graphite non-fired solidified body of the present invention, the value of (volume of graphite as raw material) / (volume of silica as raw material + volume of graphite as raw material) is 0.1 or more and 0.00. It is preferable that it is 6 or less. If this value is less than 0.1, the mechanical strength and electrical conductivity may be insufficient. Moreover, when this value exceeds 0.6, there exists a possibility that mechanical strength and electrical conductivity may become inadequate.

シリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of a silica / graphite non-baking solidified body. 表面がメカノケミカル的に活性化された活性化層1aを有する活性化シリカ1の模式断面図である。It is a schematic cross section of activated silica 1 having an activation layer 1a whose surface is mechanochemically activated. 活性化シリカ1の表面の活性化層1aが溶解・再析出して固化した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the activated layer 1a of the surface of the activated silica 1 melt | dissolved and reprecipitated and solidified. 図4に示す析出層2a部分の拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of the precipitation layer 2a part shown in FIG. 平均粒子径が異なる2種類の活性化シリカを用いた場合の固化した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the solidified state at the time of using two types of activated silica from which an average particle diameter differs. 実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体を製造するための工程図である。FIG. 3 is a process diagram for producing the silica / graphite unfired solidified body of Example 1. 実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造工程における混合工程S22後の混合物の光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph of the mixture after mixing process S22 in the manufacturing process of the silica / graphite unfired solidified body of Example 1. 実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体におけるグラファイトの容量%と三点曲げ強度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the volume percentage of graphite and the three-point bending strength in the silica / graphite unfired solidified body of Example 1. 実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体におけるグラファイトの容量%と電気伝導率との関係を示すグラフである。2 is a graph showing the relationship between the volume percentage of graphite and the electrical conductivity in the silica / graphite unfired solidified body of Example 1. FIG. 実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the silica / graphite non-fired solidified body of Example 1. FIG. 実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体の透過型電子顕微鏡(TEM)画像及び同一箇所のEDS面分析画像である。It is the transmission electron microscope (TEM) image of the silica / graphite unfired solidified body of Example 1, and the EDS surface analysis image of the same location. 実施例2のシリカ/グラファイト無焼成固化体を製造するための工程図である。4 is a process diagram for producing a silica / graphite unfired solidified body of Example 2. FIG. 実施例2のシリカ/グラファイト無焼成固化体におけるグラファイトの容量%と三点曲げ強度との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the volume percentage of graphite and the three-point bending strength in the silica / graphite unfired solidified body of Example 2. 実施例2のシリカ/グラファイト無焼成固化体におけるグラファイトの容量%と電気伝導率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the volume% of graphite and the electric conductivity in the silica / graphite unfired solidified body of Example 2. 実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体を製造するための工程図である。FIG. 4 is a process diagram for producing a silica / graphite unfired solidified body of Example 3. 実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体におけるグラファイトの容量%と三点曲げ強度との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the volume percentage of graphite and the three-point bending strength in the silica / graphite unfired solidified body of Example 3. 実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体におけるグラファイトの容量%と電気伝導率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the volume percentage of graphite and the electrical conductivity in the silica / graphite unfired solidified body of Example 3. 耐水性試験の結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of a water resistance test.

<原 料>
本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体としの原料としては、シリカからなる粉体及びグラファイトを用いる。
シリカの種類としては特に限定はなく、例えば、シリコンを燃焼させて得られたシリカ、ケイ砂、乾式法シリカ(無水ケイ酸)、湿式法シリカ(含水ケイ酸)等が挙げられるが、機械的強度の観点からは結晶性シリカが好ましい。
また、グラファイトの種類としては特に限定はなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛を用いることができる。
<Raw materials>
As raw materials for the silica / graphite unfired solidified body of the present invention, powder made of silica and graphite are used.
The type of silica is not particularly limited, and examples thereof include silica obtained by burning silicon, silica sand, dry silica (anhydrous silicic acid), wet silica (hydrous silica), and the like. From the viewpoint of strength, crystalline silica is preferred.
Moreover, there is no limitation in particular as a kind of graphite, For example, natural graphite and artificial graphite can be used.

−シリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法−
シリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法の工程図を図1に示す。以下各工程について詳述する。
-Manufacturing method of unfired solidified body of silica / graphite-
A process diagram of a method for producing a silica / graphite unfired solidified body is shown in FIG. Each step will be described in detail below.

<活性化工程11>
シリカを用意し、これを乾式で摩砕する。これにより、図2に示すように、内部にシリカ粒子1bを有し、その外殻がメカノケミカル的に活性化された活性化層1aとされた活性化シリカ粒子1となる。活性化層1aではシリカの網目構造が切断されてラジカルとなっていたり、シラノール基が形成されたりしており、アルカリによって侵食され易い状態となっている。このようなメカノケミカル作用を行うためには、衝撃、摩擦、圧縮、剪断等の各種の力を複合的に作用させることが効果的である。このような作用を行うことができる装置としては、ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体攪拌型ミル等の混合装置ボール媒体ミル、ローラーミル、乳鉢等の粉砕機などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、被粉砕物に対し、主として衝撃、摩砕等の力を作用させることができるジェット粉砕機等も用いることができる。ジェット粉砕機で粉砕すれば、圧縮力、せん断力、衝撃力等を加えることができ、これにより粒子表面のシリカを活性化することができる。
<Activation step 11>
Prepare silica and grind it dry. As a result, as shown in FIG. 2, the activated silica particles 1 having the silica particles 1 b inside and the outer shells of which are mechanochemically activated activated layers 1 a are obtained. In the activated layer 1a, the network structure of silica is cut to form radicals or silanol groups are formed, and is easily eroded by alkali. In order to perform such a mechanochemical action, it is effective to apply various forces such as impact, friction, compression, and shearing in a composite manner. Examples of the apparatus capable of performing such an action include a mixing apparatus such as a ball mill, a vibration mill, a planetary mill, and a medium stirring mill, a ball medium mill, a roller mill, a pulverizer such as a mortar, and the like. Is not to be done. Further, a jet crusher or the like that can mainly apply a force such as impact and grinding to the object to be crushed can also be used. When pulverizing with a jet pulverizer, compressive force, shearing force, impact force and the like can be applied, whereby silica on the particle surface can be activated.

また、活性化工程S11においては、粒度分布の経時変化がなくなるまで、摩砕することが好ましい。粒度分布の経時変化がなくなるまで摩砕するということは、粒子が摩砕によって細かくできる限界に達していると考えられ、粒子表面のメカノケミカル的な活性化が最も進行した状態となっている。こうした状態にまで摩砕されて得られる活性化シリカ1は、アルカリ水溶液による溶解も進みやすくなり、得られるシリカ/グラファイト無焼成固化体は緻密で機械的な強度の高いものとなる。   In the activation step S11, it is preferable to grind until there is no change with time in the particle size distribution. Grinding until there is no change in the particle size distribution over time is considered to have reached the limit that the particles can be made fine by grinding, and the mechanochemical activation of the particle surface is the most advanced state. The activated silica 1 obtained by grinding to such a state is likely to proceed with dissolution with an alkaline aqueous solution, and the obtained silica / graphite unfired solidified product is dense and has high mechanical strength.

<混合工程S12>
次に、活性化工程11において得られた活性化シリカ1からなるシリカにグラファイト粉末を加えて混合する。この工程により、活性化シリカ1が研磨材として働き、グラファイト粉末は、弱いファンデルワールス力で結合している層間で極めて小さな薄片として層状に剥離する。
なお、図1の工程とは異なり、混合工程を活性化工程の前に行ったり、混合工程と活性化工程とを同時に行ったり(すなわち、シリカとグラファイトを混合しながらシリカの活性化を行ったり)、混合工程と活性化工程を繰り返したりしてもよい。
また、混合工程を湿式で行う場合、溶媒は活性化層1aを失活させないという観点から、活性化層1aと反応しない溶媒であることが好ましい。このような溶媒として、エタノール、メタノール、アセトン、ヘキサン、トルエンなどが挙げられる。
<Mixing step S12>
Next, graphite powder is added to the silica made of activated silica 1 obtained in the activation step 11 and mixed. By this step, the activated silica 1 acts as an abrasive, and the graphite powder is exfoliated in layers as extremely small flakes between layers bonded with a weak van der Waals force.
Unlike the process of FIG. 1, the mixing process is performed before the activation process, or the mixing process and the activation process are performed simultaneously (that is, silica is activated while mixing silica and graphite). ), The mixing step and the activation step may be repeated.
Moreover, when performing a mixing process in the wet, it is preferable that a solvent is a solvent which does not react with the activation layer 1a from a viewpoint that the activation layer 1a is not deactivated. Examples of such a solvent include ethanol, methanol, acetone, hexane, and toluene.

<固化工程S13>
前述した混合工程S11において得られた混合粉体にアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物を含むアルカリ水溶液を加えて処理する。アルカリ水溶液と混合粉体との混合・混練を行うための装置としては、特に限定されるものではなく、従来公知の任意の混合機、混練機が使用できる。例えば、双腕ニーダー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー、スーパーミキサー、プラネタリーミキサー、バンバリーミキサー、コンティニュアスミキサー、あるいは連続混練機等が挙げられる。気泡を抜くために真空土練機を用いることも好ましい。こうであれば、シリカ/グラファイト無焼成固化体の中に気泡が残って機械的強度が低下することを防止することができる。
<Solidification step S13>
An alkaline aqueous solution containing an alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide is added to the mixed powder obtained in the above-described mixing step S11 for treatment. The apparatus for mixing and kneading the alkaline aqueous solution and the mixed powder is not particularly limited, and any conventionally known mixer or kneader can be used. Examples thereof include a double-arm kneader, a pressure kneader, an Eirich mixer, a super mixer, a planetary mixer, a Banbury mixer, a continuous mixer, and a continuous kneader. It is also preferable to use a vacuum kneader to remove bubbles. If it is like this, it can prevent that a bubble remains in a silica / graphite non-baking solidified body and mechanical strength falls.

この処理により、図2における活性化シリカ1の表面の活性化層1aは溶解し、さらには脱水縮合によって隣どうしが結合し、図3に示す析出層2aが生成する。このとき、混合工程S11において添加されたグラファイトのうち極めて細かく剥離されたグラファイト粒子3は、析出層2aの中に取り込まれて(図3中のグラファイト3)複合体となる(図4参照)。こうして、析出層2aが接着剤の役割を果たしてシリカ/グラファイト無焼成固化体2が得られる。この固化工程では、活性化層1aの溶解反応や、脱水縮合反応は室温で行ってもよいし、加熱して迅速化を図ることもできる。反応温度は原料となる粒子の種類やアルカリ水溶液の種類や濃度によって適宜選択すればよいが、一般的には室温〜200℃が好ましく、さらに好ましいのは室温〜60℃の範囲である。   By this treatment, the activated layer 1a on the surface of the activated silica 1 in FIG. 2 is dissolved, and the adjacent layers are bonded by dehydration condensation to form a deposited layer 2a shown in FIG. At this time, the graphite particles 3 exfoliated very finely in the graphite added in the mixing step S11 are taken into the precipitation layer 2a (graphite 3 in FIG. 3) to form a composite (see FIG. 4). Thus, the precipitated layer 2a serves as an adhesive, and the silica / graphite non-fired solidified body 2 is obtained. In this solidifying step, the dissolution reaction of the activation layer 1a and the dehydration condensation reaction may be performed at room temperature, or may be accelerated by heating. The reaction temperature may be appropriately selected depending on the type of particles used as the raw material and the type and concentration of the aqueous alkali solution. In general, the reaction temperature is preferably from room temperature to 200 ° C, more preferably from room temperature to 60 ° C.

なお、活性化シリカは平均粒径の異なる複数種類を用いることも好ましい。こうであれば、図5に示すように、平均粒径のより大きいシリカ4同士が接触した場合に生ずる隙間に、平均粒径のより小さいシリカ5が入り込むことにより、より機械的強度に優れたシリカ/グラファイト無焼成固化体となる。また、平均粒子径の大きなシリカは混合工程においてグラファイトの層と層の間での剥離を効果的に行うことができるため、粉砕効率が良くなり、脱水縮合によって結合した活性化層に多くのグラファイト粒子が内包して分散することとなり、ひいては電気導電率の高い固化体とすることができる。   In addition, it is also preferable to use a plurality of types of activated silica having different average particle diameters. If this is the case, as shown in FIG. 5, the silica 5 having a smaller average particle diameter enters the gap formed when the silicas 4 having a larger average particle diameter come into contact with each other. Silica / graphite unfired solidified product. In addition, silica having a large average particle size can effectively perform separation between the graphite layers in the mixing step, so that the grinding efficiency is improved and many graphites are added to the activated layer bonded by dehydration condensation. The particles are encapsulated and dispersed, and as a result, a solidified body having high electrical conductivity can be obtained.

さらに、複数種類の活性化シリカのうち第1の活性化シリカの平均粒径が第2の活性化シリカの平均粒径の10倍以上とされていれば、第2の活性化シリカは第1の活性化シリカ同士が接触して生ずる隙間により侵入しやすくなるため、さらに機械的強度に優れたシリカ/グラファイト無焼成固化体となる。   Furthermore, if the average particle diameter of the first activated silica among the plurality of types of activated silica is 10 times or more the average particle diameter of the second activated silica, the second activated silica is the first activated silica. Since it becomes easy to enter due to a gap formed by contact between the activated silicas, a silica / graphite non-fired solidified body having further excellent mechanical strength is obtained.

以上のようにして得られたシリカ/グラファイト無焼成固化体は、耐熱性及び機械的強度に優れたシリカ/グラファイト無焼成固化体となっている。また、活性化層1aが脱水縮合されて結合した析出層2aには、電気伝導性を有するグラファイトが分散されているため、優れた電気伝導率を有することになる。   The silica / graphite unfired solidified body obtained as described above is a silica / graphite unfired solidified body excellent in heat resistance and mechanical strength. In addition, since the conductive layer is dispersed in the precipitation layer 2a in which the activation layer 1a is dehydrated and condensed and bonded, it has excellent electrical conductivity.

以下、本発明を具体化した実施例について、詳細に説明する。
(実施例1)
実施例1では、図6に示す工程によってシリカ/グラファイト無焼成固化体を製造した。以下、詳細に述べる。
Hereinafter, examples embodying the present invention will be described in detail.
Example 1
In Example 1, a silica / graphite unfired solidified body was produced by the process shown in FIG. Details will be described below.

<活性化工程S21>
シリカ微粉10(平均粒子径250nm 株式会社アドマテックス製 真球状の二酸化ケイ素 商品名:アドマファイン)30gを250mLのジルコニア製ボールミルポットに入れ、さらにジルコニア製ボール(直径15mmを2個、及び直径5mmを50g)を投入し、乾式で200rpmで15分間粉砕し、シリカ微粉10の表面にメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させた。
<Activation step S21>
Silica fine powder 10 (average particle size 250nm, manufactured by Admatechs Co., Ltd., spherical silicon dioxide, trade name: Admafine) 30g was placed in a 250mL zirconia ball mill pot, and two zirconia balls (2 x 15mm in diameter and 5mm in diameter) 50 g), and dry pulverized at 200 rpm for 15 minutes to form a mechanochemically activated activation layer on the surface of the silica fine powder 10.

<混合工程S22>
活性化工程S21によって表面にメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させたシリカ微粉10と、グラファイト11(平均粒子径20μm 伊藤黒鉛工業株式会社製 商品名:AGB-20)とを体積比が所定の割合となるようにボールミルに入れて、乾式で混合した。混合には250mL容量のジルコニア製ボールミルポットとジルコニアボール直径15mm 2個,直径5mm 50gを用いた。回転数は150 rpmとした。ボールミル時間については5分,15分,30分,60分,120分,300分及び17時間とした。こうして得られた混合物の光学顕微鏡写真を図7に示す。この写真から、ボールミルの時間が5分,15分及び30分ではシリカ粒子が凝集した状態で存在することがわかる。また、30分 ,60分と時間が延びるに従い、シリカの凝集体サイズは小さくなっていっており,120分及び300分ではどちらもシリカの凝集粒子は観察できずカーボンと均一に混合できていることが分かった。
<Mixing step S22>
Volume of silica fine powder 10 having an activated layer mechanochemically activated on the surface by the activation step S21 and graphite 11 (average particle diameter 20 μm, manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd., trade name: AGB-20) It put into the ball mill so that ratio might become a predetermined | prescribed ratio, and it mixed by the dry type. A 250 mL zirconia ball mill pot, two 15 mm zirconia balls and a diameter of 5 mm and 50 g were used for mixing. The rotation speed was 150 rpm. The ball mill time was 5 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 120 minutes, 300 minutes and 17 hours. An optical micrograph of the mixture thus obtained is shown in FIG. From this photograph, it can be seen that the silica particles are present in an aggregated state when the ball mill time is 5 minutes, 15 minutes and 30 minutes. In addition, as the time increased to 30 minutes and 60 minutes, the silica agglomerate size became smaller, and in 120 minutes and 300 minutes, silica agglomerated particles could not be observed and could be uniformly mixed with carbon. I understood that.

<アルカリ添加工程S23>
混合工程S22で得られた混合物に3Mの水酸化カリウム水溶液を全体に行き渡るまで加え、凝集が無くなるまで湿式混合を行った。作業時間は5分とした。
<Alkali addition step S23>
To the mixture obtained in the mixing step S22, a 3M potassium hydroxide aqueous solution was added to the whole, and wet mixing was performed until no aggregation occurred. The working time was 5 minutes.

<脱泡工程S24及び注型工程S25>
そして、回転式脱泡機を用い、回転数:1000 rpmで5 min、大気圧で脱泡を行った。(脱泡工程S24)。そして、得られた混合物をフッ素樹脂製の型へ直ちに注型した(注型工程S25)。
<Defoaming step S24 and casting step S25>
Then, using a rotary defoamer, defoaming was performed at a rotation speed of 1000 rpm for 5 min and at atmospheric pressure. (Defoaming step S24). The obtained mixture was immediately cast into a fluororesin mold (casting step S25).

<固化工程S26>
そして、乾燥を防ぐために密閉した状態で空気恒温槽を用い、温度80℃で5時間加熱し、型枠内を固化させた。
<Solidification step S26>
And in order to prevent drying, it used the air thermostat in the sealed state, and it heated at the temperature of 80 degreeC for 5 hours, and solidified the inside of a mold.

<離型工程S27及び乾燥工程S28>
型枠を外し(離型工程S27)、加熱炉で80℃で2時間の乾燥を行い(乾燥工程S28)、実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体12を得た。
<Mold release step S27 and drying step S28>
The mold was removed (mold release step S27), and drying was performed at 80 ° C. for 2 hours in a heating furnace (drying step S28), whereby the silica / graphite unfired solidified body 12 of Example 1 was obtained.

(評 価)
上記のようにして得られた実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体12について、三点曲げ強度の測定、電気伝導率測定及び電子顕微鏡による観察を行った。結果を以下に詳述する。
(Evaluation)
The silica / graphite unfired solidified body 12 of Example 1 obtained as described above was subjected to three-point bending strength measurement, electrical conductivity measurement, and observation with an electron microscope. The results are detailed below.

・三点曲げ強度の測定
三点曲げ強度はJISR1601「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠し測定した。測定に供した試料は、活性化されたシリカ微粉10とグラファイト11とを混合した混合工程S22(図6参照)における混合時間が300分のものである。その結果、図8に示すように、試料中のグラファイトの容量%が20%までは三点曲げ強度が急激に上昇して21MPa程度に達し、それ以上にグラファイトを添加すると徐々に低下することが分かった。一方、混合工程S22(図6参照)における混合時間が120分以下の試料についても測定を行ったところ、ピーク強度は21MPaよりいずれも低かった。この結果から、三点曲げ強度を高くするには、混合工程S22における混合時間を2時間よりも長くすることが好ましいことが分かった。
・ Measurement of three-point bending strength Three-point bending strength was measured in accordance with JISR1601 “Testing method for room temperature bending strength of fine ceramics”. The sample used for the measurement has a mixing time of 300 minutes in the mixing step S22 (see FIG. 6) in which the activated silica fine powder 10 and the graphite 11 are mixed. As a result, as shown in FIG. 8, when the volume percentage of graphite in the sample is up to 20%, the three-point bending strength rapidly increases and reaches about 21 MPa, and when graphite is further added, it gradually decreases. I understood. On the other hand, when a measurement was also performed on a sample having a mixing time of 120 minutes or less in the mixing step S22 (see FIG. 6), the peak intensity was lower than 21 MPa. From this result, it was found that the mixing time in the mixing step S22 is preferably longer than 2 hours in order to increase the three-point bending strength.

・電気伝導率の測定
電気伝導率は、直流四端子法の一種であるVan der Pauw法により測定した。測定に供した試料は、活性化されたシリカ微粉10とグラファイト11とを混合した混合工程S22(図6参照)における混合時間が300分のものである。その結果、図9に示すように、グラファイトの容量%が10容量%までは、電気伝導率が1×10-2s/cmと低いのに対し、20容量%以上では1×104s/cm以上となり、電気伝導率が20容量%付近において突然跳ね上がることが分かった。
一方、混合工程S22(図6参照)における混合時間が120分の試料についても測定を行ったところ、電気伝導率が突然跳ね上がるのはグラファイトの容量%が30容量%付近であった。
-Measurement of electrical conductivity Electrical conductivity was measured by the Van der Pauw method, which is a kind of DC four-terminal method. The sample used for the measurement has a mixing time of 300 minutes in the mixing step S22 (see FIG. 6) in which the activated silica fine powder 10 and the graphite 11 are mixed. As a result, as shown in FIG. 9, the electric conductivity is as low as 1 × 10 −2 s / cm when the graphite volume percentage is up to 10 volume%, whereas it is 1 × 10 4 s / cm above 20 volume%. It was found that the electric conductivity suddenly jumped up around 20% by volume when it was over cm.
On the other hand, when a measurement was also performed on a sample having a mixing time of 120 minutes in the mixing step S22 (see FIG. 6), the electric conductivity suddenly jumped up to about 30% by volume of graphite.

・電子顕微鏡による観察結果
上記のようにして得られた実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体12について、走査型電子顕微鏡(SEM)画像を撮影した。その結果、図10に示すように、球状の粒子が膜状物質に内包されており、その膜状物質が糸を引いたように結合していることが分かった。また、その膜状物質には細粒が分散している状態が観察された。
また、さらに透過型電子顕微鏡(TEM)画像及び同一箇所のEDS面分析画像(カーボンKα線、酸素Kα線、ケイ素Kα線、及びカリウムKα線)を撮影したところ、図11に示すように、SEM画像で観察された球状の粒子はSiO2であることがわかった。また、膜状物質にはカーボンが多くふくまれていることが分かった。
以上の結果から、実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体12はSiO2からなる球状の粒子が膜状物質に内包されており、その膜状物質が糸を引いたように結合していることが分かった。また、その膜状物質にはグラファイトに起因するカーボン細粒が分散していることが分かった。
なお、僅かにカリウムが検出されたのは、アルカリ添加工程S23で添加されたKOHに由来するものであり、カリウムはSiO2の溶解物と化合していることが予想された。
-Observation result by electron microscope The scanning electron microscope (SEM) image was image | photographed about the silica / graphite unbaking solidified body 12 of Example 1 obtained as mentioned above. As a result, as shown in FIG. 10, it was found that spherical particles were encapsulated in a film-like substance, and the film-like substance was bound like a string. Further, it was observed that fine particles were dispersed in the film-like substance.
Furthermore, when a transmission electron microscope (TEM) image and an EDS surface analysis image (carbon Kα ray, oxygen Kα ray, silicon Kα ray, and potassium Kα ray) at the same location were photographed, as shown in FIG. The spherical particles observed in the image were found to be SiO 2 . It was also found that the film-like substance contained a lot of carbon.
From the above results, the silica / graphite unfired solidified body 12 of Example 1 includes spherical particles made of SiO 2 encapsulated in a film-like substance, and the film-like substance is bound like a string. I understood that. Further, it was found that carbon fine particles due to graphite were dispersed in the film-like substance.
Note that a slight amount of potassium was derived from KOH added in the alkali addition step S23, and it was expected that potassium was combined with a dissolved substance of SiO 2 .

(実施例2)
実施例2の工程を図12に示す。実施例2では、実施例1におけるグラファイトと活性化シリカの混合工程S22(図6参照)がボールミルによる乾式混合であったのに対し、これをビニール袋内での手揉み作業による混合に替えて行った(混合工程S32)。その他の工程については実施例1と同様にして実施例2のシリカ/グラファイト無焼成固化体12を得た(同一の工程及び構成については同一の符号を付し、説明を省略する。)。
(Example 2)
The process of Example 2 is shown in FIG. In Example 2, the mixing step S22 (see FIG. 6) of graphite and activated silica in Example 1 was dry mixing by a ball mill, but this was replaced by mixing by hand-grip work in a plastic bag. Performed (mixing step S32). About the other process, it carried out similarly to Example 1, and obtained the silica / graphite unbaking solidified body 12 of Example 2 (it attaches | subjects the same code | symbol about the same process and structure, and abbreviate | omits description).

(評 価)
上記のようにして得られた実施例2のシリカ/グラファイト無焼成固化体13について、三点曲げ強度及び電気伝導率の測定を行った。測定方法は前述した実施例1の場合と同様である。
(Evaluation)
The silica / graphite unfired solidified body 13 of Example 2 obtained as described above was measured for three-point bending strength and electrical conductivity. The measurement method is the same as in the case of Example 1 described above.

その結果、三点曲げ強度については、図13に示すように、実施例1の場合と同様、グラファイトの容量%が20%までは添加量の増加に従って急激に上昇し、それ以上にグラファイトを添加すると徐々に低下することが分かった。ただし、ピーク強度は実施例1では21MPa程度であったのに対し、実施例2では16MPa程度と低い結果となった。実施例1と実施例2の工程上の差異は、グラファイトと活性化シリカの混合工程(実施例1ではボールミルによる乾式混合であったのに対して、実施例2ではビニール袋内での手揉み作業による混合)のみであり、このことから、グラファイトと活性化シリカの混合工程は、乾式下における充分な混合が効果的であることが分かった。   As a result, as shown in FIG. 13, as shown in FIG. 13, the three-point bending strength rapidly increases as the amount of graphite increases up to 20% as the amount of graphite increases up to 20%, and more graphite is added. Then it was found that it gradually decreased. However, the peak intensity in Example 1 was about 21 MPa, whereas in Example 2, the result was as low as about 16 MPa. The difference in process between Example 1 and Example 2 is the mixing process of graphite and activated silica (in Example 1, it was dry mixing by a ball mill, whereas in Example 2, it was hand-gripped in a plastic bag. From this, it was found that sufficient mixing under the dry method is effective for the mixing step of graphite and activated silica.

また、電気伝導率の測定については、図14に示すように、実施例1の場合と同様、グラファイトの添加量がある値を超えると電気伝導率が突然跳ね上がることが分かった。ただし、跳ね上がるポイントが実施例1では20容量%であったのに対し、実施例2では30容量%となった。   In addition, as shown in FIG. 14, in the measurement of electrical conductivity, it was found that the electrical conductivity jumped suddenly when the amount of graphite added exceeded a certain value, as in Example 1. However, the jumping point was 20% by volume in Example 1, but 30% by volume in Example 2.

(実施例3)
実施例3では、図15に示すように、シリカ微粉(平均粒子径250nm)とは別途に、シリカ粗粉(粒子径20〜300μm)も用い、それぞれのシリカについて活性化工程を行った後、これらを混合して用いた。以下、詳細を述べる。
<活性化工程S211>
シリカ微粉10(平均粒子径250nm 株式会社アドマテックス製 真球状の二酸化ケイ素 商品名:アドマファイン)30gを250mLのジルコニア製ボールミルポットに入れ、さらにジルコニア製ボール(直径15mmを2個、及び直径5mmを50g)を投入し、乾式で200rpmで15分間粉砕し、シリカ微粉10の表面にメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させた。
<活性化工程S212>
シリカ粗粉13(平均粒子径20μm以上300μm未満)30gを250mLのジルコニア製ボールミルポットに入れ、さらにジルコニア製ボール(直径15mmを2個、及び直径5mmを50g)を投入し、乾式で200rpmで15分間粉砕し、シリカ微粉10の表面にメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させた。
(Example 3)
In Example 3, as shown in FIG. 15, apart from silica fine powder (average particle diameter 250 nm), silica coarse powder (particle diameter 20 to 300 μm) was also used, and after performing the activation step for each silica, These were mixed and used. Details will be described below.
<Activation step S211>
Silica fine powder 10 (average particle size 250nm, manufactured by Admatechs Co., Ltd., spherical silicon dioxide, trade name: Admafine) 30g was placed in a 250mL zirconia ball mill pot, and two zirconia balls (2 x 15mm in diameter and 5mm in diameter) 50 g), and dry pulverized at 200 rpm for 15 minutes to form a mechanochemically activated activation layer on the surface of the silica fine powder 10.
<Activation step S212>
Put 30g of silica coarse powder 13 (average particle size 20μm or more and less than 300μm) into a 250mL zirconia ball mill pot, and then add zirconia balls (two 15mm diameter and 50g diameter 5mm). By pulverizing for a minute, an activated layer activated mechanochemically was formed on the surface of the silica fine powder 10.

<湿式混合工程S213>
活性化工程S212によって表面にメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させたシリカと、グラファイト(平均粒子径20μm 伊藤黒鉛工業株式会社製 商品名:AGB-20)とを250mL容量のジルコニア製ボールミルポットに入れ、さらにエタノールを流動化可能となるまで加え、さらにジルコニアボール(直径15mm 2個,直径5mm 50g)を用いて湿式混合を行った。グラファイト粒子はシリカの微粉と粗粉の合計に対し、10,20,30,40,50,60,70,80及び90 容量%となるようにした。混合条件は24h, 150 rpmとした。
<Wet mixing step S213>
Silica having an activation layer mechanochemically activated on the surface in the activation step S212 and graphite (average particle diameter 20 μm, manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd., trade name: AGB-20) are zirconia having a capacity of 250 mL. It was placed in a ball mill pot, and ethanol was added until fluidization was possible. Further, wet mixing was performed using zirconia balls (2 mm diameter, 5 mm diameter 50 g). The graphite particles were adjusted to 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, and 90% by volume with respect to the total of fine silica powder and coarse powder. The mixing conditions were 24 h and 150 rpm.

<乾燥工程S214>
湿式混合工程S213で得られた分散混合物中のエタノールをロータリーエバポレータによって除去した。
<Drying step S214>
Ethanol in the dispersion mixture obtained in the wet mixing step S213 was removed by a rotary evaporator.

<活性化工程S22>
活性化工程S211で得られた表面に活性化層が形成されたシリカ微粉、及び乾燥工程S214を終え表面に活性化層が形成されたシリカ粗粉を250mLのジルコニア製ボールミルポットに入れ、乾式下での分散・混合を行った。ボールミルの条件は粉体30gに対し、ジルコニアボールφ15mm 2個,φ5mm 25g, 2h, 150 rpmとした。この際、シリカ微粉とシリカ粗粉の混合は体積比として3:7、5:5、及び7:3とした。
その後の工程については実施例1と同様であり、同一の工程及び構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
<Activation step S22>
The silica fine powder with the activated layer formed on the surface obtained in the activation step S211 and the silica coarse powder with the activated layer formed on the surface after the drying step S214 are put into a 250 mL zirconia ball mill pot and dried. Dispersion / mixing was performed. The ball mill conditions were set to 2 zirconia balls φ15 mm, φ5 mm 25 g, 2 h, 150 rpm for 30 g of powder. At this time, the mixing of the silica fine powder and the silica coarse powder was carried out at a volume ratio of 3: 7, 5: 5, and 7: 3.
Subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and the same steps and configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(評 価)
上記のようにして得られた実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体13について、三点曲げ強度及び電気伝導率の測定を行った。測定方法は前述した実施例1の場合と同様である。
(Evaluation)
The silica / graphite unfired solidified body 13 of Example 3 obtained as described above was measured for three-point bending strength and electrical conductivity. The measurement method is the same as in the case of Example 1 described above.

その結果、三点曲げ強度については、図16に示すように、グラファイト0容量%で72Mpaであり、グラファイトの容量%が増加するにしたがって徐々に低下するものの、80容量%においても48Mpaを維持しており、実施例1及び実施例2の場合よりも飛躍的に向上した。実施例3では実施例1や実施例2と異なり、結晶性のシリカ粗粉を用いており、メカノケミカル効果による表面活性化が起こりやすく、このことが三点曲げ強度を飛躍的に高めることができた原因と考えられる。   As a result, as shown in FIG. 16, the three-point bending strength is 72 Mpa at 0% by volume of graphite, and gradually decreases as the volume% of graphite increases, but maintains 48 Mpa at 80% by volume. Thus, it was dramatically improved as compared with the case of Example 1 and Example 2. Unlike Example 1 and Example 2, Example 3 uses crystalline silica coarse powder, which is likely to cause surface activation due to a mechanochemical effect, which greatly increases the three-point bending strength. Probable cause.

また、電気伝導率の測定については、図17に示すように、実施例1の場合と同様、グラファイトの添加量がある値を超えると電気伝導率が突然跳ね上がることが分かった。ただし、跳ね上がるポイントが実施例1では20容量%であったのに対し、実施例2では10容量%となった。このことから、電気伝導率を高める観点からも、シリカ微粉と共に結晶性のシリカ粗粉を併用することは好ましいことが分かった。   In addition, as shown in FIG. 17, in the measurement of electric conductivity, as in the case of Example 1, it was found that the electric conductivity jumped suddenly when the added amount of graphite exceeded a certain value. However, the jumping point was 20% by volume in Example 1, but 10% by volume in Example 2. From this, it was found that it is preferable to use crystalline coarse silica together with fine silica powder from the viewpoint of increasing electrical conductivity.

また、実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体(ただし、シリカ微粉10とシリカ粗粉13の体積比は30:70、アルカリ添加工程S23におけるKOHの濃度は2M、固化工程S26における加熱温度は80℃、加熱時間は4時間である)について、熱伝導率の測定を行った。なお、比較のために実施例1のシリカ/グラファイト無焼成固化体(ただし、アルカリ添加工程S23におけるKOHの濃度は2M、固化工程S26における加熱温度は80℃、加熱時間は4時間である)の熱伝導率も測定した。その結果、表1に示すように、どちらの試料もグラファイト含量の増加に伴い、熱伝導率が向上するが、シリカ微粉10とシリカ粗粉13を併用した実施例3の方が、シリカ微粉10のみをシリカ源として使用した実施例1よりも優れた熱伝導率を示すことが分かった。これは、シリカ粗粉を用いることでグラファイトがシリカ粗粉によって薄片化して細粒となり、図10に示される膜状物質及び糸引き構造中に含有される料が増加したことによるものと推定される。   In addition, the silica / graphite unfired solidified body of Example 3 (however, the volume ratio of silica fine powder 10 to silica coarse powder 13 is 30:70, the KOH concentration in the alkali addition step S23 is 2M, and the heating temperature in the solidification step S26 is The thermal conductivity was measured for 80 ° C. and the heating time was 4 hours. For comparison, the silica / graphite non-fired solidified body of Example 1 (however, the KOH concentration in the alkali addition step S23 is 2M, the heating temperature in the solidification step S26 is 80 ° C., and the heating time is 4 hours). Thermal conductivity was also measured. As a result, as shown in Table 1, although both samples improved in thermal conductivity with an increase in the graphite content, Example 3 in which the silica fine powder 10 and the silica coarse powder 13 were used in combination had the silica fine powder 10 It was found that the thermal conductivity was superior to that of Example 1 in which only silica was used as the silica source. This is presumed to be due to the increase in the amount of material contained in the film-like substance and the stringing structure shown in FIG. The

また、実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体(ただし、シリカ微粉10とシリカ粗粉13の体積比は30:70、アルカリ添加工程S23におけるKOHの濃度は1M、グラファイトの体積%が20%、50%及び80%の3種、)について、耐水試験(水の中に長時間浸漬)を行った。なお、比較のためにアルカリ添加工程S23におけるKOHの替りに水を添加したものについても固化体を調製し、同様の耐水性試験を行った。その結果、図18に示すように、実施例3のシリカ/グラファイト無焼成固化体では、水中での1週間の浸漬後においても、変化は認められなかった。これに対してKOHの替りに水で固化したものは、僅か3分後には崩壊していた。   In addition, the silica / graphite unfired solidified body of Example 3 (however, the volume ratio of silica fine powder 10 to silica coarse powder 13 is 30:70, the KOH concentration in the alkali addition step S23 is 1M, and the graphite volume percentage is 20%. , 50% and 80%) were subjected to a water resistance test (immersion in water for a long time). For comparison, solidified bodies were also prepared for those added with water instead of KOH in the alkali addition step S23, and the same water resistance test was performed. As a result, as shown in FIG. 18, in the silica / graphite non-fired solidified body of Example 3, no change was observed even after immersion in water for 1 week. On the other hand, what solidified with water instead of KOH had disintegrated after only 3 minutes.

この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments of the invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

本発明のシリカ/グラファイト無焼成固化体は、機械的強度、耐熱性及び熱伝導性に優れるため、例えばヒートシンク、ブレーキパッド等の材料等に利用することができる。   The silica / graphite non-fired solidified body of the present invention is excellent in mechanical strength, heat resistance and thermal conductivity, and can be used for materials such as heat sinks and brake pads.

10,13…シリカ(10…シリカ微粉,13…シリカ粗粉)
3,11…グラファイト
1…活性化シリカ(1b…内核粒子,1a…活性化層)
2,12,13,14…シリカ/グラファイト無焼成固化体
S11,S21,S211,S212、S22…活性化工程
S12,S213,…混合工程(S11…混合工程,S213…湿式混合工程)
S13,S26…固化工程
10, 13 ... silica (10 ... fine silica powder, 13 ... coarse silica powder)
3, 11 ... Graphite 1 ... Activated silica (1b ... Inner core particle, 1a ... Activated layer)
2,12,13,14 ... Silica / graphite unfired solidified body S11, S21, S211, S212, S22 ... Activation step S12, S213, ... Mixing step (S11 ... Mixing step, S213 ... Wet mixing step)
S13, S26 ... Solidification process

Claims (8)

シリカからなる内核粒子と、該内核粒子の外殻をなしメカノケミカル的に活性化された活性化層と、を有する活性化シリカの該活性化層どうしが脱水縮合によって結合して固化体をなし、
該脱水縮合によって結合した活性化層にはグラファイト粒子が内包して分散されているシリカ/グラファイト無焼成固化体。
An activated silica having inner core particles made of silica and an activated layer mechanochemically activated that forms an outer shell of the inner core particles is bonded to each other by dehydration condensation to form a solidified body. ,
Silica / graphite unfired solidified body in which graphite particles are encapsulated and dispersed in the activated layer bonded by dehydration condensation.
前記グラファイト粒子の平均粒子径は50nm以下であることを特徴とする請求項1に記載のシリカ/グラファイト無焼成固化体。   The silica / graphite non-fired solidified body according to claim 1, wherein an average particle diameter of the graphite particles is 50 nm or less. 前記固化体には該脱水縮合によって結合した活性化層には分散されていないグラファイト粒子も含まれていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリカ/グラファイト無焼成固化体。   3. The silica / graphite unfired solid body according to claim 1, wherein the solidified body includes graphite particles that are not dispersed in the activated layer bonded by the dehydration condensation. 4. シリカを乾式において摩砕することにより、シリカ粒子の表面がメカノケミカル的に活性化された活性化層を形成させた活性化シリカとする活性化工程と、
該活性化シリカにグラファイトを加えて混合する混合工程と、
該活性化シリカとグラファイトとの混合物にアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属水酸化物を含むアルカリ水溶液を加えることにより、該活性化層を溶解及び再析出させて固化体を得る固化工程と、
を備えるシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法。
An activation step in which silica is ground in a dry process to form activated silica in which an activated layer in which the surface of the silica particles is mechanochemically activated is formed;
A mixing step of adding graphite to the activated silica and mixing;
Solidification to obtain a solidified body by dissolving and reprecipitating the activated layer by adding an alkaline aqueous solution containing an alkali metal hydroxide and / or an alkaline earth metal hydroxide to the mixture of the activated silica and graphite. Process,
A method for producing a silica / graphite non-fired solidified body comprising:
前記混合工程は、湿式において混合される湿式混合工程が含まれることを特徴とする請求項4に記載のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法。   The method for producing an unfired solidified body of silica / graphite according to claim 4, wherein the mixing step includes a wet mixing step of mixing in a wet manner. 平均粒径の異なる複数種類の前記シリカを用いる請求項4又は5に記載のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法。   The method for producing a silica / graphite unfired solidified body according to claim 4 or 5, wherein a plurality of types of silica having different average particle diameters are used. 複数種類の前記活性化粒子のうち第1の活性化粒子の平均粒径が第2の活性化粒子の平均粒径の10倍以上とされている請求項6に記載のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法。   The silica / graphite non-fired solidification according to claim 6, wherein the average particle diameter of the first activated particles among the plurality of types of activated particles is 10 times or more the average particle diameter of the second activated particles. Body manufacturing method. (原料となるグラファイトの容積)/(原料となるシリカの容積+原料となるグラファイトの容積)の値は0.1以上0.6以下である請求項4乃至7のいずれか1項に記載のシリカ/グラファイト無焼成固化体の製造方法。   The value of (volume of graphite as a raw material) / (volume of silica as a raw material + volume of graphite as a raw material) is 0.1 or more and 0.6 or less. A method for producing an unfired solidified product of silica / graphite.
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