JP2600761B2 - 酸化亜鉛ウイスカー - Google Patents
酸化亜鉛ウイスカーInfo
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- JP2600761B2 JP2600761B2 JP4132988A JP4132988A JP2600761B2 JP 2600761 B2 JP2600761 B2 JP 2600761B2 JP 4132988 A JP4132988 A JP 4132988A JP 4132988 A JP4132988 A JP 4132988A JP 2600761 B2 JP2600761 B2 JP 2600761B2
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- Japan
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- zinc oxide
- needle
- crystal
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- whisker
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、核部から伸びた複数の針状結晶軸を有し、
外観形状としていわゆるテトラポッド状構造を示す長寸
法性の酸化亜鉛ウイスカーに関するものであり、バリス
タ、フェライト等の電子部品やゴムの加硫促進剤、塗料
等の顔料、インク、合成樹脂、絵具、化粧品、窯業製品
等の添加剤として利用されたり、単結晶性、特異形状
性、長寸法性の特長を活かして金属、セラミック、樹脂
等の補強材やフィルター材、触媒担体、温度センサ、ガ
スセンサ、電磁波シールド材、導電体等に利用されたり
することができる。
外観形状としていわゆるテトラポッド状構造を示す長寸
法性の酸化亜鉛ウイスカーに関するものであり、バリス
タ、フェライト等の電子部品やゴムの加硫促進剤、塗料
等の顔料、インク、合成樹脂、絵具、化粧品、窯業製品
等の添加剤として利用されたり、単結晶性、特異形状
性、長寸法性の特長を活かして金属、セラミック、樹脂
等の補強材やフィルター材、触媒担体、温度センサ、ガ
スセンサ、電磁波シールド材、導電体等に利用されたり
することができる。
従来の技術 現在、一般的工業素材として使用される酸化亜鉛は、
いわゆるフランス法によるもので、粒子の形状、大きさ
がまちまちの団塊状粒子の集合体である。また、細くて
短い針状結晶粒子を高収率で形成させる方法（例えば特
公昭60−5529号公報、窯業協会誌93〔２〕1985 P53〜5
5）があるが、これらは上記フランス法の改良法で金属
亜鉛蒸気を急速に冷却するものであり、このために微小
寸法（長さ0.5〜1.5μｍ）の針状結晶となる。このよう
な針状結晶体は、現在市販されている各種工業用ウイス
カーと比較すると寸法面で約２桁小さい。このため、前
記ウイスカーの共通的特徴である金属、セラミックス、
樹脂等への補強効果は前記の団塊状酸化亜鉛粒子の水準
となり、ウイスカー的な顕著な効果は認められない。即
ち、繊維状の単結晶であるウイスカーは同じ物質の団塊
状粒子より格段と機械的強度が大で、これを他の物質中
に混入して高い機械的強度を得るための強化物質として
注目されており、現在では炭化ケイ素、窒化ケイ素、チ
タン酸カリウム等の工業用ウイスカーが市販されてる。
しかし、これらのウイスカーにも問題点がある。その１
つは高価格であること、他の１つは形状が単純な繊維状
であるために樹脂や金属等のマトリックス材に混入した
場合、三次元的に均一に分散させることが難しく、一方
向に揃い易いため、複合材の特性に異方性を生じること
である。
いわゆるフランス法によるもので、粒子の形状、大きさ
がまちまちの団塊状粒子の集合体である。また、細くて
短い針状結晶粒子を高収率で形成させる方法（例えば特
公昭60−5529号公報、窯業協会誌93〔２〕1985 P53〜5
5）があるが、これらは上記フランス法の改良法で金属
亜鉛蒸気を急速に冷却するものであり、このために微小
寸法（長さ0.5〜1.5μｍ）の針状結晶となる。このよう
な針状結晶体は、現在市販されている各種工業用ウイス
カーと比較すると寸法面で約２桁小さい。このため、前
記ウイスカーの共通的特徴である金属、セラミックス、
樹脂等への補強効果は前記の団塊状酸化亜鉛粒子の水準
となり、ウイスカー的な顕著な効果は認められない。即
ち、繊維状の単結晶であるウイスカーは同じ物質の団塊
状粒子より格段と機械的強度が大で、これを他の物質中
に混入して高い機械的強度を得るための強化物質として
注目されており、現在では炭化ケイ素、窒化ケイ素、チ
タン酸カリウム等の工業用ウイスカーが市販されてる。
しかし、これらのウイスカーにも問題点がある。その１
つは高価格であること、他の１つは形状が単純な繊維状
であるために樹脂や金属等のマトリックス材に混入した
場合、三次元的に均一に分散させることが難しく、一方
向に揃い易いため、複合材の特性に異方性を生じること
である。
酸化亜鉛においても長さがmm級のウイスカーの例（特
開昭50−5597号公報）があるが、これはわざわざ亜鉛の
合金を用いて下地基板上に成長させたもので、形状面で
は棒状であり、合金を用いるため結晶中には不純物も含
んでおり、工業的には多くの問題点がある。
開昭50−5597号公報）があるが、これはわざわざ亜鉛の
合金を用いて下地基板上に成長させたもので、形状面で
は棒状であり、合金を用いるため結晶中には不純物も含
んでおり、工業的には多くの問題点がある。
発明が解決しようとする課題 本発明は、工業用ウイスカー級の大きさを有する酸化
亜鉛ウイスカーを提供することを目的とする。また、本
発明は、テトラポッド状構造の酸化亜鉛ウイスカーを提
供するものである。
亜鉛ウイスカーを提供することを目的とする。また、本
発明は、テトラポッド状構造の酸化亜鉛ウイスカーを提
供するものである。
課題を解決するための手段 本発明の酸化亜鉛ウイスカーは、核部と、この核部か
ら異なる４軸方向に伸びた針状結晶部からなり、前記針
状結晶部の基部の径が0.7〜14μｍ、好ましくは１〜14
μｍ、特に1.5〜14μｍであり、前記針状結晶部の基部
から先端までの長さが３〜200μｍ、好ましくは10〜200
μｍ、特に30〜200μｍである。
ら異なる４軸方向に伸びた針状結晶部からなり、前記針
状結晶部の基部の径が0.7〜14μｍ、好ましくは１〜14
μｍ、特に1.5〜14μｍであり、前記針状結晶部の基部
から先端までの長さが３〜200μｍ、好ましくは10〜200
μｍ、特に30〜200μｍである。
作用 本発明の酸化ウイスカーは、表面に酸化皮膜を有する
金属亜鉛粉末を、酸素を含む雰囲気下で加熱処理するこ
とによって得られる。
金属亜鉛粉末を、酸素を含む雰囲気下で加熱処理するこ
とによって得られる。
金属亜鉛粉末の表面に酸化皮膜を形成する方法として
は、例えば、水共存下で乳鉢式擂潰機あるいはロール等
で粉末に機械的圧力を加え、更にこれを水中に24時間か
ら100時間放置すれば良い。水共存下で機械的圧力を加
えることにより、表面に酸化皮膜が形成されるが、後の
水中での放置によりこの皮膜が成長する。
は、例えば、水共存下で乳鉢式擂潰機あるいはロール等
で粉末に機械的圧力を加え、更にこれを水中に24時間か
ら100時間放置すれば良い。水共存下で機械的圧力を加
えることにより、表面に酸化皮膜が形成されるが、後の
水中での放置によりこの皮膜が成長する。
このようにして形成した酸化皮膜は、ウイスカーの生
成に特別の効果を与える。即ち空気中で通常亜鉛表面に
形成される不動態的皮膜を有する粉末では、焼成すると
団塊状の酸化亜鉛粒子となるが、上記の成長した酸化皮
膜を有する亜鉛粉末では、酸化亜鉛ウイスカーに成長す
る。このウイスカーは、従来の酸化亜鉛ウイスカーに見
られる単純な繊維状単結晶体ではなく、核部から複数方
向、主として４軸方向に成長した針状結晶構造でいわゆ
るテトラポッド状構造を呈する。そして生成するウイス
カーの大きさは、前述した水共存下での機械的圧力を加
える時間によって変えることができる。これを擂潰処理
と呼ぶ。
成に特別の効果を与える。即ち空気中で通常亜鉛表面に
形成される不動態的皮膜を有する粉末では、焼成すると
団塊状の酸化亜鉛粒子となるが、上記の成長した酸化皮
膜を有する亜鉛粉末では、酸化亜鉛ウイスカーに成長す
る。このウイスカーは、従来の酸化亜鉛ウイスカーに見
られる単純な繊維状単結晶体ではなく、核部から複数方
向、主として４軸方向に成長した針状結晶構造でいわゆ
るテトラポッド状構造を呈する。そして生成するウイス
カーの大きさは、前述した水共存下での機械的圧力を加
える時間によって変えることができる。これを擂潰処理
と呼ぶ。
第３〜４図は、この擂潰処理時間のみを異ならせ、他
は同一条件で製造した酸化亜鉛ウイスカーの電子顕微鏡
写真を示す。
は同一条件で製造した酸化亜鉛ウイスカーの電子顕微鏡
写真を示す。
第３図では、小さいもので75μｍ、大きいもので200
μｍの長さを有するテトラポッド状構造のウイスカーが
認められる。径は７〜14μｍである。
μｍの長さを有するテトラポッド状構造のウイスカーが
認められる。径は７〜14μｍである。
ここで、長さとはテトラポッド状構造の針状結晶部の
基部から先端までの長さであり、径は針状結晶部の基部
の太さである。
基部から先端までの長さであり、径は針状結晶部の基部
の太さである。
第４図では、小さいもので40μｍ、大きいもので70μ
ｍの長さを有し、径が２〜８μｍのテトラポッド状構造
のウイスカーが認められる。
ｍの長さを有し、径が２〜８μｍのテトラポッド状構造
のウイスカーが認められる。
第５図では、小さいもので３μｍ、大きいもので17μ
ｍの長さを有し、径が0.7〜１μｍのテトラポッド状構
造のウイスカーが認められる。
ｍの長さを有し、径が0.7〜１μｍのテトラポッド状構
造のウイスカーが認められる。
実施例 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１ まず、純度99.99％の純亜鉛線を、アーク放電方式に
よる溶射法で空気中に溶射し、その粉末（金属亜鉛粉
末）1kgを回収し、これをイオン交換水500g中に投入
し、乳鉢形擂潰機で約20分間撹拌する。次に温度26℃の
水中に72時間放置する。この水中放置後、150℃で30分
間の乾燥を行なうことにより、粉末表面の水分を除去す
る。次にこの粉末をアルミナ磁器製るつぼ中に入れ、こ
れを1000℃に保たれた炉内に入れ、１時間の加熱処理を
行う。
よる溶射法で空気中に溶射し、その粉末（金属亜鉛粉
末）1kgを回収し、これをイオン交換水500g中に投入
し、乳鉢形擂潰機で約20分間撹拌する。次に温度26℃の
水中に72時間放置する。この水中放置後、150℃で30分
間の乾燥を行なうことにより、粉末表面の水分を除去す
る。次にこの粉末をアルミナ磁器製るつぼ中に入れ、こ
れを1000℃に保たれた炉内に入れ、１時間の加熱処理を
行う。
この結果、上記るつぼ内の下層部には団塊状酸化亜鉛
が生成され、上層部には、みかけ嵩比重0.09の酸化亜鉛
ウイスカーが生成された。生成酸化亜鉛中ウイスカーの
割合は86wt％であった。
が生成され、上層部には、みかけ嵩比重0.09の酸化亜鉛
ウイスカーが生成された。生成酸化亜鉛中ウイスカーの
割合は86wt％であった。
上記で得られた酸化亜鉛ウイスカーの電子顕微鏡写真
を第１図に示す。核部と、この核部から異なる４軸方向
に伸びた針状結晶部からなるテトラポッド状の結晶体が
明確に認められる。上記の針状結晶部は、その基部の径
が１〜10μｍであり、長さは10〜200μｍである。針状
結晶部が３軸あるいは２軸のものも認められるが、これ
らは４軸のものの一部が折損したものと思われる。ま
た、板状晶のものも認められた。いずれにしても、上記
の方法によると、テトラポッド状のものが約80％を占め
る。
を第１図に示す。核部と、この核部から異なる４軸方向
に伸びた針状結晶部からなるテトラポッド状の結晶体が
明確に認められる。上記の針状結晶部は、その基部の径
が１〜10μｍであり、長さは10〜200μｍである。針状
結晶部が３軸あるいは２軸のものも認められるが、これ
らは４軸のものの一部が折損したものと思われる。ま
た、板状晶のものも認められた。いずれにしても、上記
の方法によると、テトラポッド状のものが約80％を占め
る。
第２図は上記ウイスカーのＸ線回折図を示す。すべて
酸化亜鉛のピークを示し、電子線回折の結果も転移、格
子欠陥の少ない単結晶性を示した。また、不純物含有量
も少なく、原子吸光分析の結果、酸化亜鉛が99.98％で
あった。
酸化亜鉛のピークを示し、電子線回折の結果も転移、格
子欠陥の少ない単結晶性を示した。また、不純物含有量
も少なく、原子吸光分析の結果、酸化亜鉛が99.98％で
あった。
実施例２ 純度99.99％の純亜鉛を溶湯式溶射法で空気中に溶射
し、その粉末を回収してふるいに掛け、粉末の粒子径を
50〜300μｍに揃えた。この亜鉛粉末1kgをイオン交換水
500g中に投入し、乳鉢形の石川式擂潰機で35分間擂潰処
理した。次に温度26℃の水中に72時間放置した。この水
中放置後、粉末表面の水分を除去するため150℃で30分
間乾燥した。
し、その粉末を回収してふるいに掛け、粉末の粒子径を
50〜300μｍに揃えた。この亜鉛粉末1kgをイオン交換水
500g中に投入し、乳鉢形の石川式擂潰機で35分間擂潰処
理した。次に温度26℃の水中に72時間放置した。この水
中放置後、粉末表面の水分を除去するため150℃で30分
間乾燥した。
次にこの粉末をアルミナ磁器製るつぼに入れ、これを
1000±10℃に保たれた炉内に入れ、60分間の加熱処理を
行った。
1000±10℃に保たれた炉内に入れ、60分間の加熱処理を
行った。
この結果、上記るつぼ内の上層部に、みかけ嵩比重0.
09の酸化亜鉛ウイスカーが生成され、下層部には団塊状
酸化亜鉛が生成された。生成酸化亜鉛中、ウイスカーの
割合は85wt％であった。このウイスカーの電子顕微鏡写
真を第３図に示す。
09の酸化亜鉛ウイスカーが生成され、下層部には団塊状
酸化亜鉛が生成された。生成酸化亜鉛中、ウイスカーの
割合は85wt％であった。このウイスカーの電子顕微鏡写
真を第３図に示す。
酸化亜鉛ウイスカーの形状は、核部と、この核部から
４軸方向に伸びた針状結晶部からなるテトラポッド状構
造のものが95％以上を占め、その他は針状結晶部が２
軸,3軸，あるいは５軸のものが占めた。
４軸方向に伸びた針状結晶部からなるテトラポッド状構
造のものが95％以上を占め、その他は針状結晶部が２
軸,3軸，あるいは５軸のものが占めた。
また、ウイスカーの大きさは、針状結晶部の基部の径
が７〜14μｍ、基部から先端までの長さが75〜200μｍ
であった。
が７〜14μｍ、基部から先端までの長さが75〜200μｍ
であった。
実施例３ 実施例２と同じ方法で亜鉛粉末を用意し、石川式擂潰
機で20分間擂潰処理し、温度26℃の水中に72時間放置し
た。この水中放置後、実施例１と同様に乾燥したのち10
00±10℃に保たれた炉内に入れ、60分間の加熱焼成を行
った。
機で20分間擂潰処理し、温度26℃の水中に72時間放置し
た。この水中放置後、実施例１と同様に乾燥したのち10
00±10℃に保たれた炉内に入れ、60分間の加熱焼成を行
った。
この結果、るつぼの上層部に酸化亜鉛ウイスカー、下
層部に団塊状酸化亜鉛が生成され、ウイスカーの割合は
86wt％であった。
層部に団塊状酸化亜鉛が生成され、ウイスカーの割合は
86wt％であった。
酸化亜鉛ウイスカーの形状は、実施例１と同様のテト
ラポッド状構造であり、大きさは、針状結晶部の径が２
〜８μｍ、基部から先端まで長さが20〜100μｍであっ
た。
ラポッド状構造であり、大きさは、針状結晶部の径が２
〜８μｍ、基部から先端まで長さが20〜100μｍであっ
た。
実施例４ 実施例２と同じ方法で亜鉛粉末を用意し、石川式擂潰
機で５分間擂潰処理し、温度26℃の水中に72時間放置し
た。この水中放置後、実施例１と同様に乾燥したのち、
1000±10℃に保たれた炉内に入れ、60分間の加熱焼成を
行った。
機で５分間擂潰処理し、温度26℃の水中に72時間放置し
た。この水中放置後、実施例１と同様に乾燥したのち、
1000±10℃に保たれた炉内に入れ、60分間の加熱焼成を
行った。
この結果、実施例2,3とほぼ同様の割合（85wt％）で
酸化亜鉛ウイスカーが生成された。形状は実施例2,3と
同様にテトラポッド状であり、大きさは、針状結晶部の
基部の径が0.7〜１μｍ、基部から先端までの長さが３
〜20μｍであった。
酸化亜鉛ウイスカーが生成された。形状は実施例2,3と
同様にテトラポッド状であり、大きさは、針状結晶部の
基部の径が0.7〜１μｍ、基部から先端までの長さが３
〜20μｍであった。
実施例２〜４で得られた酸化亜鉛ウイスカーについて
も、Ｘ線回折では、全て酸化亜鉛のピークを示し、電子
線回折の結果も転移，格子欠陥の少い単結晶性を示し
た。また、原子吸光分析では、不純物含有量も少なく、
酸化亜鉛が99.98％であった。
も、Ｘ線回折では、全て酸化亜鉛のピークを示し、電子
線回折の結果も転移，格子欠陥の少い単結晶性を示し
た。また、原子吸光分析では、不純物含有量も少なく、
酸化亜鉛が99.98％であった。
実施例５ 実施例１で得られたテトラポッド状構造の針状ZnOをA
BS樹脂に混入して複合物の機械的特性を測定し、針状Zn
Oの補強効果を調べた。
BS樹脂に混入して複合物の機械的特性を測定し、針状Zn
Oの補強効果を調べた。
針状ZnOの混入量を変え、JIS規定に準じた試験片を作
製し、縦方向及び横方向の引張り強度試験を行った結果
を次表に示す。
製し、縦方向及び横方向の引張り強度試験を行った結果
を次表に示す。
発明の効果 本発明の酸化亜鉛ウイスカーは、異方性のない立体構
造を有しているため、各種材料の強化材として用いる場
合や電子材料として用いる場合に、機械的，電気的特性
に異方性を生じないこと、また、従来の酸化亜鉛の微細
針状結晶に比べて寸法的にはるかに大きく、金属や樹脂
と複合させてそれらの機械的強度を強化できるなどの効
果のほか、他の同種目的の炭化ケイ素や窒化ケイ素等に
比べて安価に製造できる利点を有しており、工業的にも
経済的にも極めて大きな効果を奏するものである。
造を有しているため、各種材料の強化材として用いる場
合や電子材料として用いる場合に、機械的，電気的特性
に異方性を生じないこと、また、従来の酸化亜鉛の微細
針状結晶に比べて寸法的にはるかに大きく、金属や樹脂
と複合させてそれらの機械的強度を強化できるなどの効
果のほか、他の同種目的の炭化ケイ素や窒化ケイ素等に
比べて安価に製造できる利点を有しており、工業的にも
経済的にも極めて大きな効果を奏するものである。
第１図，第３図，第４図及び第５図は、本発明の酸化亜
鉛ウイスカーの結晶の構造を示す電子顕微鏡写真、第２
図はＸ線回折図である。
鉛ウイスカーの結晶の構造を示す電子顕微鏡写真、第２
図はＸ線回折図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 基 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼田 英行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】核部と、この核部から異なる４軸方向に伸
びた針状結晶部から成り、前記針状結晶部の基部の径が
0.7〜14μｍであり、前記針状結晶部の基部から先端ま
での長さが３〜200μｍである酸化亜鉛ウイスカー。 - 【請求項２】核部と、この核部から異なる４軸方向に伸
びた針状結晶部から成り、前記針状結晶部の基部の径が
１〜14μｍであり、前記針状結晶部の基部から先端まで
の長さが10〜200μｍである酸化亜鉛ウイスカー。 - 【請求項３】核部と、この核部から異なる４軸方向に伸
びた針状結晶部から成り、前記針状結晶部の基部の径が
1.5〜14μｍであり、前記針状結晶部の基部から先端ま
での長さが30〜200μｍである酸化亜鉛ウイスカー。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4132988A JP2600761B2 (ja) | 1987-12-29 | 1988-02-24 | 酸化亜鉛ウイスカー |
| KR1019880017591A KR920009567B1 (ko) | 1987-12-29 | 1988-12-27 | 산화아연위스커 및 그 제조방법 |
| DE3889319T DE3889319T2 (de) | 1987-12-29 | 1988-12-28 | Zinkoxid-Whisker mit tetraedrischer kristalliner Form und Verfahren zu ihrer Herstellung. |
| EP88121808A EP0325797B1 (en) | 1987-12-29 | 1988-12-28 | Zinc oxide whiskers having a tetrapod crystalline form and method for making the same |
| US07/291,611 US5066475A (en) | 1987-12-29 | 1988-12-29 | Zinc oxide whiskers having a novel crystalline form and method for making same |
| CA000587226A CA1320625C (en) | 1987-12-29 | 1988-12-29 | Zinc oxide whiskers having a novel crystalline form and method for making the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-334418 | 1987-12-29 | ||
| JP33441887 | 1987-12-29 | ||
| JP4132988A JP2600761B2 (ja) | 1987-12-29 | 1988-02-24 | 酸化亜鉛ウイスカー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01252599A JPH01252599A (ja) | 1989-10-09 |
| JP2600761B2 true JP2600761B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=26380925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4132988A Expired - Lifetime JP2600761B2 (ja) | 1987-12-29 | 1988-02-24 | 酸化亜鉛ウイスカー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600761B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5633152B2 (ja) * | 2010-02-16 | 2014-12-03 | 東ソー株式会社 | アジュバント |
-
1988
- 1988-02-24 JP JP4132988A patent/JP2600761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01252599A (ja) | 1989-10-09 |
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