JP5277371B2 - セラミックス粉体の固化方法 - Google Patents
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Description
少なくとも表面がケイ酸及び/又はケイ酸塩からなるセラミックス粉体を摩砕手段によって摩砕し、表面がメカノケミカル的に非晶質化された活性化セラミックス粉体とする摩砕工程と、
該活性化セラミックス粉体を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で処理することにより、該活性化セラミックス粉体の表面を溶解及び再析出させてセラミックス固化体を得るアルカリ処理工程とを備えたセラミックス粉体の固化方法において、
前記摩砕手段において該セラミックス粉体と接触する摩砕部材の材質にアルミニウム及び/又は鉄元素が含まれており、摩砕によって該摩砕部材の表面からアルミニウム及び/又は鉄元素を含む化合物を前記セラミックス粉体中に混入させることを特徴とする。
また、本発明の他のセラミックス粉体の固化方法は、
少なくとも表面がケイ酸及び/又はケイ酸塩からなるセラミックス粉体を摩砕手段によって摩砕し、表面がメカノケミカル的に非晶質化された活性化セラミックス粉体とする摩砕工程と、
該活性化セラミックス粉体を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で処理することにより、該活性化セラミックス粉体の表面を溶解及び再析出させてセラミックス固化体を得るアルカリ処理工程とを備えたセラミックス粉体の固化方法において、
前記摩砕工程では、前記セラミックス粉体に、アルミニウム及び/又は鉄元素を含む化合物を混合させて、前記摩砕を行うことを特徴とする。
原料となるセラミックスとしては、少なくとも表面がケイ酸及び/又はケイ酸塩からなることが要件とされる。このようなセラミックスとしては、例えば、ベントナイト、カオリナイト、メタカオリン、モンモリロナイト等の粘土鉱物、石英、ムライト等のSiO2-Al2O3系無機質粉体等を用いることができる。これらの中でも、粘土鉱物や石英は、安価かつ大量に得られるため、好適である。発明者らは、粘土鉱物としてメタカオリンを用いた場合、緻密で機械的強度に優れたセラミックス固化体を得ている。
その他、フライアッシュ、キラ、ガラス、ペーパースラッジ、アルミドロス等の廃棄物をセラミックスとして用いることができる。
また、表面のみがケイ酸及び/又はケイ酸塩からなるセラミックスとしては、例えば窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン(SiAlON)、シリコンオキシナイトライド(SiON)、シリコンオキシカーバイド(SiOC)等が挙げられる。
摩砕工程では、図1に示すように、少なくとも表面がケイ酸及び/又はケイ酸塩からなるセラミックス1を摩砕することによって、表面がメカノケミカル的に非晶質化された非晶質層2aを有する活性化セラミックス粉体2とされる。非晶質層2aではシリカの網目構造がアモルファス状態とされており、アルカリによって侵食され易い状態となっている。
さらには、摩砕部材の表面が摩砕されてその一部が摩砕部材粉3として活性化セラミックス粉体2の表面に付着する。摩砕部材粉3の表面もメカノケミカル的に非晶質化されていると考えられ、活性化セラミックス粉体2と同様、アルカリによって侵食され易い状態となっていると推測される。
アルカリ処理工程では、活性化セラミックス粉体2を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で処理する。アルカリ水溶液と活性化セラミックス粉体2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、セラミックス固化体の中に気泡が残ることを防止することができる。
(実施例1)
実施例1では、カオリナイトを焼成して脱水したメタカオリン(平均粒子径1μm)を用い、アルカリ水溶液として水酸化カリウム水溶液を用いて、以下の各工程を経てセラミックス固化体を製造した。
上記メタカオリン200gを1000mLの磁性ポットに入れ、アルミナ製ボール(径10φ)を投入し、ボールミル装置で100時間回転させて、活性化メタカオリン粉体を得た。
摩砕工程によって得られた活性化メタカオリン粉体に50質量%の水酸化カリウム溶液を原料に対して65質量%加え、真空土練機を用いて押し出し、所定の長さに裁断して角柱状の混合体を得た。さらに、この混合体を40℃に設定した乾燥機に入れて24時間加熱乾燥し、実施例1のメタカオリン固化体を得た。
実施例2では、摩砕工程におけるボールミルのボールとしてFe2O3製ボール(径10φ)を用いた。その他の条件は実施例1と同様であり、説明を省略する。
比較例1では、摩砕工程において1000mLのジルコニアポット及びジルコニアボール(径10φ)を用いた。その他の他の条件は実施例1と同様であり説明を省略する。
比較例2では、摩砕工程を行わなかった。他の条件は実施例1と同様であり説明を省略する。
上記実施例1、2及び比較例1、2のセラミックス固化体について、JIS R 1601に準じ、強度試験装置を用いて3点曲げ強度を室温で測定した。その結果、図2に示すように、摩耗し難いジルコニアボールを用いた比較例1では、38MPaであったのに対して、アルミナボールを用いた実施例1では50MPa、Fe3O4のボールを用いた実施例2では71MPaとなり、いずれも比較例1よりも高かった。さらに、比較例2では、固化させることができず、測定不能となった。
2…活性化セラミックス粉体2
2a…非晶質層
3…摩砕部材粉
4…セラミックス固化体
4a…析出層
Claims (6)
- 少なくとも表面がケイ酸及び/又はケイ酸塩からなるセラミックス粉体を摩砕手段によって摩砕し、表面がメカノケミカル的に非晶質化された活性化セラミックス粉体とする摩砕工程と、
該活性化セラミックス粉体を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で処理することにより、該活性化セラミックス粉体の表面を溶解及び再析出させてセラミックス固化体を得るアルカリ処理工程とを備えたセラミックス粉体の固化方法において、
前記摩砕手段において該セラミックス粉体と接触する摩砕部材の材質は四酸化三鉄からなり、摩砕によって該摩砕部材の表面から四酸化三鉄を前記セラミックス粉体中に混入させることを特徴とするセラミックス粉体の固化方法。 - 少なくとも表面がケイ酸及び/又はケイ酸塩からなるセラミックス粉体を摩砕手段によって摩砕し、表面がメカノケミカル的に非晶質化された活性化セラミックス粉体とする摩砕工程と、
該活性化セラミックス粉体を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で処理することにより、該活性化セラミックス粉体の表面を溶解及び再析出させてセラミックス固化体を得るアルカリ処理工程とを備えたセラミックス粉体の固化方法において、
前記摩砕工程では、前記セラミックス粉体に四酸化三鉄を混合させて、前記摩砕を行うことを特徴とするセラミックス粉体の固化方法。 - 前記摩砕部材はボールミルのボール及び/又はポットであることを特徴とする請求項1記載のセラミックス粉体の固化方法。
- 原料となるセラミックスは、粘土鉱物及び/又は石英を主たる成分とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のセラミックス粉体の固化方法。
- 粘土鉱物はメタカオリンであることを特徴とする請求項4記載のセラミックス粉体の固化方法。
- 前記摩砕工程では、前記化合物の表面をメカノケミカル的に非晶質化させ、
前記アルカリ処理工程では、該活性化セラミックス粉体の表面および前記化合物の表面を溶解及び再析出させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のセラミックス粉体の固化方法。
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