JP2515182B2 - ムライト粉末原料及びその製造方法並びにムライト粉末の製造方法 - Google Patents

ムライト粉末原料及びその製造方法並びにムライト粉末の製造方法

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JP2515182B2 JP3116340A JP11634091A JP2515182B2 JP 2515182 B2 JP2515182 B2 JP 2515182B2 JP 3116340 A JP3116340 A JP 3116340A JP 11634091 A JP11634091 A JP 11634091A JP 2515182 B2 JP2515182 B2 JP 2515182B2
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弘 志賀
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ムライト粉末、特に
0.1〜0.2μm程度といった超微粒子なムライト粉
の原料及びその製造方法並びにムライト粉末の製造方
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、構造用セラミックスや電子回路
用絶縁セラミックス等を製造するのに用いられる高純度
のムライト粉末の製造方法として、 (1) ゾル−ゲル法 (2) 共沈法 (3) アルコキシド法 (4) 気相反応法 等の手段が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の技術
には、各々以下のような問題点がある。すなわち、
(1)のゾル−ゲル法や(2)の共沈法は工業化に適
し、焼結性に富むものの、得られる粉末が無定形のもの
であり、サブミクロンのオーダーのものが得られにく
く、従って焼結セラミックスの強度などの特性に限界が
有る。
【0004】これに対して、(3)のアルコキシド法や
(4)の気相反応法は、サブミクロンのオーダーのムラ
イト粉末が得られ易いものの、原料が高く付き、かつ、
収率も低く、工業化には限界が有る。そこで、本発明の
第1の目的は、微細で、均一な粒径のムライト粉末を提
供することにある。
【0005】本発明の第2の目的は、生産性良く、低コ
ストでムライト粉末を提供することにある。
【0006】
【課題を解決する為の手段】上記本発明の目的は、尿素
の分解反応により発生したアンモニアとアルミニウム塩
との反応により生成したアルミナ水和物がコロイダルシ
リカ表面に析出してなることを特徴とするムライト粉末
原料によって達成される。又、アルミニウム塩水溶液に
尿素を加え、尿素の分解反応で生じたアンモニアとアル
ミニウム塩との反応により水酸化アルミニウムを生成さ
せ、この生成した水酸化アルミニウムをコロイダルシリ
カ表面に析出させ、SiO表面にAl(OH)を介
在させることを特徴とするムライト粉末原料の製造方法
によって達成される。
【0007】又、尿素の分解反応により発生したアンモ
ニアとアルミニウム塩との反応により生成したアルミナ
水和物をコロイダルシリカ表面に析出させ、この後11
00〜1400℃の温度で仮焼することを特徴とするム
ライト粉末の製造方法によって達成される。以下、本発
明を更に詳しく説明する。
【0008】硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムある
いは硝酸アルミニウム等のアルミニウム塩を水に溶か
し、アルミニウムの濃度が0.5mol/l以下、好ま
しくは0.005〜0.5mol/lの範囲内のアルミ
ニウム塩の水溶液を用意する。ここで、アルミニウム塩
の濃度が高すぎると、反応完了のため数十時間〜数日の
長時間を必要とすることから、アルミニウム塩における
アルミニウムの濃度が0.5mol/l以下の濃度のも
のであることが好ましい。又、アルミニウム塩の濃度が
低すぎると、Al2 3 粒子のSiO2 表面への析出が
起きず、単独に粒子を作る傾向が有り、これが原因とな
って仮焼物中にα−クリストバライトやα−Al2 3
を残してしまう傾向が有る為、好ましくは0.005m
ol/l以上の濃度のものであることが好ましい。
【0009】一方、SiO2 ゾルを用意する。この時、
シリカゾルのpHは1〜2.5程度であることが分散性
の点から望ましい。そして、上記両者を混合する。尚、
この混合割合はAl2 3 /SiO2 (重量比)が2.
13〜3.00の範囲内のものであることが好ましい。
これに尿素を加える。この時の溶液内の尿素濃度は、尿
素濃度とアルミニウム塩濃度、例えばAl2 (SO4
3 濃度との比R R=〔(NH2 2 CO〕/〔Al2 (SO4 3 〕 が5以上であることが望ましい。
【0010】すなわち、Rが小さすぎる場合には、アン
モニアの生成が少なく、Al(OH)3 粒子のSiO2
表面への析出が当量的に起こりにくく、つまり液中に加
えた全てのアルミニウム塩、例えばAl2 (SO4 3
が析出せずに溶解したまま残り、仮焼物中にα−クリス
トバライトが生成する傾向が有るからである。尚、アル
ミニウム塩がAl(NO3 3 やAlCl3 である場合
には、Rは、5以上ではなく、2.5以上であれば良
い。
【0011】この後、加熱して尿素を徐々に分解させ、 (NH2 2 CO+3H2 O → 2NH4 OH+CO2 アンモニアを生ぜしめ、アンモニアが硫酸アルミニウム
に作用して Al2 (SO4 3 +6NH4 OH→2Al(OH)3 +3(NH4 2 SO4 となり、水酸化アルミニウムが生成する。この時、溶液
中のpHは徐々に上昇する為、このAl(OH)3 は液
中に分散しているSiO2 粒子の表面上に析出する(不
均一核生成)。
【0012】これらの反応の繰り返しにより、Al(O
H)3 がSiO2 粒子表面に層状に析出し、あたかもコ
ーティングされたようになる。ここで、Al(OH)3
の生成にはNH4 OHがあれば良く、尿素の使用が必須
の要件でなくても良いと思われる訳であるが、 (NH2 2 CO+3H2 O → 2NH4 OH+CO2 分解は溶液中で徐々に、そして均一に進むので、微細な
粒径、形状の均一なAl(OH)3 がSiO2 粒子表面
に層状に析出したムライト粒子を生成させるのに最適な
のである。すなわち、尿素の代わりに、アンモニアを直
接大量に加えた場合には、反応が局部的に起こり、その
部分で急激なAl(OH)3 の生成とそのSiO2 粒子
表面への析出が起き、粗雑で不均質な生成物が得られて
しまうのである。
【0013】尚、上記尿素の分解反応は非常に遅い為、
これを速やかに進める為に(NH4 2 SO4 、NH4
NO3 、NH4 Cl等を所望の量だけ加えるようにして
も良い。つまり、これらのアンモニウム塩が添加されて
いると、尿素の分解反応に対して触媒として作用し、尿
素の分解が比較的速やかに行われ、本発明の目的が効果
的に達成される。
【0014】反応後の白濁ゾルを、例えばNo.5Cの
定量用濾紙を複数枚重ねにして吸引濾過し、水相を除去
した。尚、この濾過の際、目の粗い濾紙(例えば定性用
濾紙や、定量用No.5Aなど)を用いると、生成物そ
のものが細かい粒子である為、完全に固相を分離するこ
とができにくい。又、この反応終了時のpHは4.5〜
8であることが望ましい。すなわち、上記Rの値が上記
の通りの値であれば、例えばAl2 (SO4 3 の場合
においてRが5以下である時には、pHは4.5以上に
ならず、従ってpHが4.5より小さいと言うことは溶
液中に未反応のAl2 (SO4 3 が残っていることを
示唆しているからである。逆に、pHが8を越えて大き
すぎると、仮焼物中の生成相に悪影響は及ぼさないもの
の、粒子の凝集が起き易く、微粒子が得難くなる傾向が
認められたからである。
【0015】そして、得られたものを乾燥、粉砕し、粉
砕後のゲルを1100〜1400℃、特に1300〜1
400℃で仮焼すると、本発明になるムライト粉末、特
に0.1〜0.2μm程度といった超微粒子なムライト
粉末が得られる。
【0016】
【実施例1】 (1) 1600mlのイオン交換水に市販の硫酸アル
ミニウムAl2 (SO4 3 ・14〜18H2 Oを11
3.13g溶解させる。 (2) 市販のヒュームドシリカを7.16g秤量し、
これに160mlのイオン交換水と0.06mlの濃硝
酸を加えた後、高速ホモジナイザーで攪拌して、SiO
2 ゾルを作る。 (3) (1)の硫酸アルミニウム水溶液と(2)のS
iO2 ゾルとをAl2 3 /SiO2 (重量比)が2.
57になるように混合し、マグネチックスターラーを用
いて攪拌する。 (4) これに159gの尿素を加えて、完全に溶解さ
せる。 (5) 混液を三角フラスコにとり、還流冷却管を取り
付けて攪拌しつつ、沸騰点で3時間加熱還流する。反応
の進行に伴って、混液は白色の半透明ゾルから次第に濁
度が増加し、ついには完全な乳濁状になる。 (6) 反応後の白濁ゾルをNo.5.Cの定量用濾紙
を2枚重ねにして、吸引濾過し、水相を除去する。 (7) 濾過物を120℃で20時間かけて乾燥する。 (8) 乾燥後のゲルをAl2 3 製乳鉢で解砕する。
尚、Al2 3 製ボールミルで1時間かけて粉砕しても
良い。 (9) 粉砕後のゲルをAl2 3 製ルツボに取り、電
気炉にて1400度で1.5時間仮焼する。
【0017】上記の工程を経て得られたものについて、
X線回折図を図1に示す。これによれば、仮焼物はムラ
イト単相であり、α−クリストバライト(SiO2 )や
α−Al2 3 等は認められない。又、仮焼物の透過型
電子顕微鏡写真を図2に示す。これによれば、1次粒子
が多角形状を呈する100〜150nmのムライト微粒
子であることが判る。
【0018】
【実施例2】実施例1における硫酸アルミニウムの代わ
りに市販の硝酸アルミニウムAl(NO3 3 ・9H2
Oを用いて同様に行ったところ、同様なムライト微粒子
が得られた。尚、前記(6)の濾過工程において、濾過
性が実施例1に比べると劣っていたことから、アルミニ
ウム塩としては硝酸アルミニウムより硫酸アルミニウム
が好ましかった。
【0019】
【実施例3】実施例1における硫酸アルミニウムの代わ
りに市販の塩化アルミニウムAlCl3 ・6H2 Oを用
いて同様に行ったところ、同様なムライト微粒子が得ら
れた。尚、前記(6)の濾過工程において、濾過性が実
施例1に比べると劣っていたことから、アルミニウム塩
としては塩化アルミニウムより硫酸アルミニウムが好ま
しかった。
【0020】
【効果】本発明によれば、特に0.1〜0.2μm程度
といった超微粒子なムライト微粉末が低コストで簡単に
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で得られたムライト粉末のX線回折図で
ある。
【図2】本発明で得られたムライト粉末の透過型電子顕
微鏡写真である。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 尿素の分解反応により発生したアンモニ
    アとアルミニウム塩との反応により生成したアルミナ水
    和物がコロイダルシリカ表面に析出してなることを特徴
    とするムライト粉末原料
  2. 【請求項2】 アルミニウム塩水溶液に尿素を加え、尿
    素の分解反応で生じたアンモニアとアルミニウム塩との
    反応により水酸化アルミニウムを生成させ、この生成し
    た水酸化アルミニウムをコロイダルシリカ表面に析出さ
    せ、SiO表面にAl(OH)を介在させることを
    特徴とするムライト粉末原料の製造方法。
  3. 【請求項3】 アルミニウム塩が、硫酸アルミニウム、
    塩化アルミニウム及び硝酸アルミニウムの群の中から選
    ばれる少なくとも一種類のものであることを特徴とする
    請求項2のムライト粉末原料の製造方法。
  4. 【請求項4】 アルミニウム塩におけるアルミニウムの
    濃度が0.005〜0.5mol/lの範囲内に調整さ
    れることを特徴とする請求項2のムライト粉末原料の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 アルミニウム塩とコロイダルシリカとの
    割合はAl/SiO(重量比)が2〜3の範囲
    内に調整されることを特徴とする請求項2のムライト粉
    原料の製造方法。
  6. 【請求項6】 アルミニウム塩と尿素との割合は(尿素
    のモル濃度)/(アルミニウム塩におけるアルミニウム
    のモル濃度)が2.5以上に調整されることを特徴とす
    る請求項2のムライト粉末原料の製造方法。
  7. 【請求項7】 尿素の分解反応により発生したアンモニ
    アとアルミニウム塩との反応により生成したアルミナ水
    和物をコロイダルシリカ表面に析出させ、この後110
    0〜1400℃の温度で仮焼することを特徴とするムラ
    イト粉末の製造方法。
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CN110527284A (zh) * 2019-09-03 2019-12-03 王良仁 一种汽车电镀用尼龙塑料材料及制备方法
CN113929496A (zh) * 2021-10-26 2022-01-14 西安热工研究院有限公司 一种复合材料表面莫来石高温防氧化涂层及其制备方法
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