JP6076459B2 - セラミックス微粒子分散液の製造方法 - Google Patents
セラミックス微粒子分散液の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6076459B2 JP6076459B2 JP2015502694A JP2015502694A JP6076459B2 JP 6076459 B2 JP6076459 B2 JP 6076459B2 JP 2015502694 A JP2015502694 A JP 2015502694A JP 2015502694 A JP2015502694 A JP 2015502694A JP 6076459 B2 JP6076459 B2 JP 6076459B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dispersion
- fine particles
- particles
- ceramic fine
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims description 171
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 title claims description 81
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 77
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 93
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 claims description 56
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 27
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 18
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 17
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 16
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- -1 polyvinylamine Polymers 0.000 description 12
- 229930182470 glycoside Natural products 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 3
- BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N butan-2-ol Chemical compound CCC(C)O BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- CGVLVOOFCGWBCS-RGDJUOJXSA-N n-octyl β-d-thioglucopyranoside Chemical compound CCCCCCCCS[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O CGVLVOOFCGWBCS-RGDJUOJXSA-N 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000006120 scratch resistant coating Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- MASIZQYHVMQQKI-OIIXUNCGSA-N (2r,3r,4s,5s,6r)-2-[(2r,3s,4r,5r,6r)-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)-6-octoxyoxan-3-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)oxane-3,4,5-triol Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](OCCCCCCCC)O[C@H](CO)[C@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 MASIZQYHVMQQKI-OIIXUNCGSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010039918 Polylysine Proteins 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- WOQQAWHSKSSAGF-WXFJLFHKSA-N decyl beta-D-maltopyranoside Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](OCCCCCCCCCC)O[C@H](CO)[C@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 WOQQAWHSKSSAGF-WXFJLFHKSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002338 electrophoretic light scattering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- SYJRVVFAAIUVDH-UHFFFAOYSA-N ipa isopropanol Chemical compound CC(C)O.CC(C)O SYJRVVFAAIUVDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- HEGSGKPQLMEBJL-RKQHYHRCSA-N octyl beta-D-glucopyranoside Chemical compound CCCCCCCCO[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O HEGSGKPQLMEBJL-RKQHYHRCSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000083 poly(allylamine) Polymers 0.000 description 1
- 229920000656 polylysine Polymers 0.000 description 1
- 229920002714 polyornithine Polymers 0.000 description 1
- 108010055896 polyornithine Proteins 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
- C01B21/0648—After-treatment, e.g. grinding, purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
- C01P2004/52—Particles with a specific particle size distribution highly monodisperse size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Colloid Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は、セラミックス微粒子分散液の製造方法に関する。
近年、パソコン、携帯電話、デジタルカメラ等の各種電子機器の高性能化、小型化には目覚ましいものがあり、これにともない重要な部品である電子工業用セラミックスの高性能化、小型化が求められている。
例えば、炭化ケイ素は、バンドギャップが大きく、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性などに優れることから、小型で高出力の半導体等の電子デバイス材料として注目され、更に、光学的特性に優れた他の化合物半導体との接合性に優れることから、光学デバイス材料としても注目されている。更に、炭化ケイ素は、耐摩耗性等の機械的特性、耐熱性や熱伝導性等の熱的特性に優れ、化学的に極めて安定であり耐薬品性に優れていることから、従来から、研磨剤、耐火物、メカニカルシール、熱交換器等の構造材料として利用されている。
炭化ケイ素粉末の工業的製造方法としては、アチソン法、シリカ還元法、シリコン炭化法等が知られているが、これらの方法では、平均粒子径はサブミクロン・オーダーまでが限界であるために、これまでは炭化ケイ素については平均粒子径がサブミクロン以上の粉末が主流であった。
近年では、炭化ケイ素粉末の新たな応用分野として、耐磨耗性被膜、耐擦傷性被膜、耐熱性被膜、硬質性被膜等を形成するための塗料や複合メッキ用のフィラーへの応用が検討されており、ナノテクノロジー技術の進展の影響もあって、ナノサイズの炭化ケイ素粒子が大きな関心を集めている。
ナノサイズの炭化ケイ素粒子を得る方法としては、非酸化雰囲気下にて、高温、高活性を有し、高速冷却プロセスの導入が容易な熱プラズマを利用した熱プラズマ法が知られている（特許文献１参照）。この製造方法は、平均粒径５〜１００ｎｍ程度の結晶性に優れた炭化ケイ素ナノ粒子を製造する方法として有用であり、高純度原料を選択することによって不純物の含有量が極めて少ない炭化ケイ素ナノ粒子を得ることが可能である。
また、有機ケイ素化合物、ケイ酸ゾル、ケイ酸ヒドロゲル等のケイ素を含む物質と、フェノール樹脂等の炭素を含む物質と、炭化ケイ素の粒成長を抑制するリチウム等の金属化合物とを含む混合物を非酸化性雰囲気下にて焼成して炭化ケイ素粒子を得るシリカ前駆体焼成法も知られている（特許文献２参照）。この方法によれば、粗大粒子を含まない非常に微細な炭化ケイ素粉末が得られるとされている。
上記した方法で得られたナノサイズの炭化ケイ素微粉末を用いて、耐磨耗性被膜、耐擦傷性被膜、耐熱性被膜、硬質性被膜等を形成する方法としては、ナノサイズの炭化ケイ素微粉末を溶媒中に分散させた分散液を被処理物に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を熱処理して炭化ケイ素粒子膜を形成する方法が考えられる。
しかしながら、上記した方法で得られるナノサイズの炭化ケイ素粒子は、アルミナやシリカ等の酸化物ナノ粒子と比較して粒子同士の凝集力が強いために、ナノサイズの粒子が均一に分散した分散液を作製することは困難である。さらに、従来のナノサイズの炭化ケイ素微粉末は粒子が凝集しやすいために溶媒に分散した場合、粘度が著しく高くなり、炭化ケイ素微粉末約８重量％以上の高濃度の分散液を調製しにくく、上記したような用途に使用するに際して低濃度の分散液しか調製できない。このため、たとえば、被膜形成時に低濃度であるために被膜を厚くすることが出来ず、また膜厚を厚くするためには塗布液の塗布乾燥を繰り返すことが必要となるなど、多くの問題を有している。
このため、例えば、炭化ケイ素粒子の分散性を高めるために、炭化ケイ素粒子を酸化雰囲気下で酸化することによって表面酸化層を形成し、溶液への親和性を高める方法などが検討されている（特許文献３参照）。
しかしながら、この方法では、炭化ケイ素粒子を酸化雰囲気下で熱処理した際に、表面酸化層が溶着を起こし、炭化ケイ素ナノ粒子同士が凝集してしまい、その結果、ナノ粒子の溶液中への分散化が困難になるという問題がある。
本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされてものであり、その主の目的は、セラミックス微粒子、特に、凝集し易く、均一な分散液とすることが困難なナノサイズのセラミックス超微粒子について、煩雑な操作を要することなく、均一で安定性に優れた分散液を製造できる方法を提供することである。
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、ナノサイズのセラミックス微粒子の内で、特に、これまで均一なナノサイズ粒子の分散液を得ることが困難であった炭化ケイ素、窒化ホウ素等の微粒子について、水又は低級アルコールを分散媒として、固定刃（外刃）と高速回転する回転刃（内刃）との相互作用を利用するローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製することによって、粒度分布幅が狭い均一性のよいナノサイズ粒子の分散液が得られることを見出した。特に、低級アルコールを分散媒とする場合には、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製する際に、分散液を冷却して液の対流を抑制することによって、超微粒子の凝集を抑制して、微細な粒径の粒子が均一に分散した分散液を得ることが可能となり、また、水を分散媒とする場合には、特定の界面活性剤と高分子分散剤のいずれか一方、或いは両方の存在下に、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製することによって、微細な粒径の粒子が均一に分散した分散液を得ることとが可能となることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて、更に、研究を重ねた結果完成されたものである。
即ち、本発明は、下記のセラミックス微粒子分散液の製造方法を提供するものである。
項１． 分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
項２． セラミックス微粒子が、炭化ケイ素微粉末又は窒化ホウ素微粉末であり、その平均粒径が300nm以下である、項１に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項３． 分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を５０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項４． 低級アルコールがイソプロピルアルコールである、項３に記載のセラミックス分散液の製造方法。
項５． 分散媒が水であって、高分子分散剤及び界面活性剤の何れか一方又は両方の存在下にセラミックス微粒子を分散させる、項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項６． 高分子分散剤がカチオン性基を有する高分子分散剤であり、界面活性剤がノニオン性界面活性剤である、項５に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項７． 高分子分散剤がポリエチレンイミンであり、界面活性剤がアルキルグリコシドである項６に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項８． セラミックス微粒子が炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの存在下に分散を行う項７に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項９． 項１〜８のいずれかの方法によって得られるセラミックス微粒子分散液。
項１． 分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法。
項２． セラミックス微粒子が、炭化ケイ素微粉末又は窒化ホウ素微粉末であり、その平均粒径が300nm以下である、項１に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項３． 分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を５０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項４． 低級アルコールがイソプロピルアルコールである、項３に記載のセラミックス分散液の製造方法。
項５． 分散媒が水であって、高分子分散剤及び界面活性剤の何れか一方又は両方の存在下にセラミックス微粒子を分散させる、項１又は２に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項６． 高分子分散剤がカチオン性基を有する高分子分散剤であり、界面活性剤がノニオン性界面活性剤である、項５に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項７． 高分子分散剤がポリエチレンイミンであり、界面活性剤がアルキルグリコシドである項６に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項８． セラミックス微粒子が炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの存在下に分散を行う項７に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
項９． 項１〜８のいずれかの方法によって得られるセラミックス微粒子分散液。
以下、本発明のセラミックス微粒子分散液の製造方法について、具体的に説明する。
１．セラミックス微粒子
本発明の方法では、分散質とするセラミックス微粒子は、平均粒径が１μｍ未満の微粒子である。本発明方法によれば、均一な分散液を作製することが難しい平均粒径が１μｍを下回るセラミックス微粒子を対象として、容易に均一で分散粒子径の小さい分散液を得ることができる。特に、平均粒径が300nm以下、更には100nm程度以下の凝集の生じ易いセラミックス超微粒子を対象とする場合にも、本発明方法によれば、分散粒子の平均粒径が小さい、均一な分散液を得ることができる。
本発明の方法では、分散質とするセラミックス微粒子は、平均粒径が１μｍ未満の微粒子である。本発明方法によれば、均一な分散液を作製することが難しい平均粒径が１μｍを下回るセラミックス微粒子を対象として、容易に均一で分散粒子径の小さい分散液を得ることができる。特に、平均粒径が300nm以下、更には100nm程度以下の凝集の生じ易いセラミックス超微粒子を対象とする場合にも、本発明方法によれば、分散粒子の平均粒径が小さい、均一な分散液を得ることができる。
尚、本願明細書において、セラミックス微粒子の平均粒径は、電子顕微鏡写真の画像を用いて、画像内のセラミックス微粒子を任意に１００個選択し、各粒子の最長部分の長さを測定してこの平均を求めた値である。
処理対象とするセラミックス微粒子の種類についても特に限定はないが、分散液を製造する際に凝集が生じ易く、微細な微粒子が均一に分散した分散液を得ることが困難であるとされてきた、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等についても、本発明方法によれば、均一な分散液を得ることができる点で、非常に有用性が高い方法である。
２．分散液の製造方法
本発明の分散液の製造方法では、分散媒として低級アルコール又は水を用い、これに分散質とするセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、セラミックス微粒子を均一に分散させて、分散液を調製する。ローター・ステーター式ホモジナイザーとは、円筒状の固定刃（外刃）と、該固定刃の内部空間に配置された高速回転する回転刃（内刃）を備えた装置であって、円筒状の固定刃には、複数のスリット状の孔が設けられており、固定刃の内部空間に存在する試料は、高速回転する内刃の遠心力で放射状に移動し、固定刃のスリット状の孔から排出される。試料を排出した後の固定刃（外刃）の内部空間には、固定刃の開口先端部から試料が入り込み、上記した試料の吹き出しと吸い込みが繰り返して行われ、回転刃（内刃）の先端で粗砕、内回転刃（内刃）から固定刃（外刃）のスリットを通って放出される直前に内刃と外刃の間で微砕が行われ、更に高速回転すると回転刃（内刃）と固定刃（外刃）のスリットの間で起こる超音波、高周波などの効果により微砕、均一化が行われる。
本発明の分散液の製造方法では、分散媒として低級アルコール又は水を用い、これに分散質とするセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、セラミックス微粒子を均一に分散させて、分散液を調製する。ローター・ステーター式ホモジナイザーとは、円筒状の固定刃（外刃）と、該固定刃の内部空間に配置された高速回転する回転刃（内刃）を備えた装置であって、円筒状の固定刃には、複数のスリット状の孔が設けられており、固定刃の内部空間に存在する試料は、高速回転する内刃の遠心力で放射状に移動し、固定刃のスリット状の孔から排出される。試料を排出した後の固定刃（外刃）の内部空間には、固定刃の開口先端部から試料が入り込み、上記した試料の吹き出しと吸い込みが繰り返して行われ、回転刃（内刃）の先端で粗砕、内回転刃（内刃）から固定刃（外刃）のスリットを通って放出される直前に内刃と外刃の間で微砕が行われ、更に高速回転すると回転刃（内刃）と固定刃（外刃）のスリットの間で起こる超音波、高周波などの効果により微砕、均一化が行われる。
本発明の処理対象とする平均粒径が１μｍを下回るセラミックスのナノ粒子を対象とする場合には、分散媒として低級アルコール又は水を用いて、上記したローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、固定刃（外刃）と高速回転する回転刃（内刃）との相互作用を利用して分散させることによって、プロペラ式の分散装置、超音波式分散装置等、その他の分散装置を用いる場合と比較して、平均粒径が小さく、粒度分布の幅が狭い、均一性に優れた分散液を得ることができる。
ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散液の作製条件については、特に限定はなく、実際に使用する装置における固定刃及び回転刃の内径、スリットの形状等によって異なるが、処理対象とするセラミックス微粒子の種類、分散媒の種類、分散液の濃度などに応じて、均一な分散液が形成されるように適宜設定すればよい。
以下、低級アルコールと分散媒とする場合と水を分散媒とする場合に分けて、分散液を作製するための好ましい条件を記載する。
（１）低級アルコールを分散媒とする場合：
本発明では、低級アルコールを分散媒として用いることによって、特に、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等を処理対象とする場合に、これらのセラミックス超微粒子との親和性が良好となって、微細な微粒子が均一に分散した分散液を得ることができる。
本発明では、低級アルコールを分散媒として用いることによって、特に、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等を処理対象とする場合に、これらのセラミックス超微粒子との親和性が良好となって、微細な微粒子が均一に分散した分散液を得ることができる。
好ましい低級アルコールの具体例としては、エタノール、２−プロパノール（イソプロパノール）、１−ブタノール、２−ブタノール等の炭素数２〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルコールを挙げることができる。特に、セラミックス超微粒子として、炭化ケイ素、窒化ホウ素等の超微粒子を用いる場合には、２−プロパノール（イソプロパノール）を分散媒とすることによって、良好な分散液を得ることができる。これに対して、アセトン、ヘキサンなどの低級アルコール以外の有機溶媒を用いる場合には、セラミックス超微粒子の濡れ性が悪く、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散させた場合であっても、粒度分布が広く、均一性に劣る分散液が形成されやすい。
分散液中のセラミックス微粒子の含有量については特に限定はないが、良好な分散液を得るためには、セラミックス微粒子を含む分散液全体を基準として、セラミックス微粒子の含有量が３０重量％程度以下であることが好ましく、１５重量％程度以下であることがより好ましく、１０重量％程度以下であることが更に好ましい。セラミックス微粒子の含有量の下限については特に限定はないが、通常、０．１重量％程度以上とすることによって、良好な分散液が得られる。
得られた分散液は、特に、２０℃で剪断速度５０S-1で測定した粘度が１〜２００mPa・s程度の範囲内にあることが好ましく、この粘度範囲の場合に特に安定な分散液となる。分散液の粘度は、分散粒子の平均粒径が小さく、分散液中の含有量が多い程高くなる傾向がある。このため、平均粒径が300nm程度以下のセラミックス超微粒子を分散させる場合には、上記した粘度範囲とするためには、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量が15重量％程度以下であることが好ましく、10重量％程度以下であることがより好ましい。
低級アルコールを分散媒とする方法では、ローター・ステーター式ホモジナイザーによって分散させる際に、分散エネルギーによる粒子の振動によって分散液の温度が上昇して溶媒の揮発や液の対流が生じて、ホモジナイザーによる分散効率が低下することがある。この様な場合には、液の対流を抑制するために、分散液を収容した容器を氷水などを用いて冷却しながら分散液を調製することが好ましい。これにより、効率良く均一な分散液を得ることが可能となる。この場合の分散液の液温については特に限定はないが、例えば、５０℃程度以下とすればよく、４０℃以下とすることが好ましく、３０℃以下とすることがより好ましい。但し、使用する分散媒の種類に応じて、蒸発を抑制できる温度とすることが好ましい。例えば、エタノールを分散媒とする場合には、４０℃程度以下とすることが好ましい。液温の下限値については、特に限定的ではないが、２０℃程度以上とすればよい。
分散液を作製するための時間については特に限定はなく、使用するホモジナイザーにおける固定刃及び回転刃の形状、回転刃の回転数、セラミックス微粒子の種類、分散液の濃度などに応じて、粒度分布幅が狭く、微細で均一な分散液が形成される状態となるまでホモジナイザーによる分散を行えばよい。例えば、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を５〜２０分程度行えばよい。また、必要に応じて、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を一時的に停止した後、分散処理を繰り返すことによって、分散液の温度上昇を抑制して、均一性に優れた分散液を得ることができる。
（２）水を分散媒とする場合：
水を分散媒とする方法についても、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様とすればよい。
水を分散媒とする方法についても、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様とすればよい。
水を分散媒とする場合には、特に、高分子分散剤及び界面活性剤のいずれか一方又は両方を分散液中に添加することが好ましい。これにより、分散粒子の平均粒径がより小さく、粒度分布幅の狭い均一性のよい安定した分散液を得ることが可能となる。
水を分散媒とする場合の分散液のpHについては特に限定はないが、通常は、使用する装置への影響や、作業環境等を考慮すると、pH9程度の中性域からpH2程度の弱酸性域の範囲において分散液を調製することが好ましい。
高分子分散剤の種類については特に限定はないが、pH2〜9程度で分散液を調製する場合には、カチオン性基を有する高分子分散剤を用いることによって、セラミックス超微粒子表面のゼータ電位を正の値として、安定な分散液とすることができる。
特に、セラミックス微粒子として、SiC微粒子又はBN微粒子を用いる場合には、ｐH2〜9程度では、通常、ゼロから負のゼータ電位を有し、その値も低く、しかもｐＨによってゼータ電位が変動し易いために、分散液の安定性が劣るものとなる。この場合、カチオン性基を有する高分子分散剤は、セラミックス微粒子に吸着し易く、しかもその表面のゼータ電位を正の比較的高い値とすることができるため、これを用いることによってｐＨの変動に対しても影響の少ない安定な分散液とすることができる。また、SiC微粒子の分散液を焼結体の原料とする場合には、通常、分散液中に焼結助剤としてAl2O3、Al2O3-Y2O3等が含まれるが、これらの焼結助剤は、pH2〜9程度では正のゼータ電位となりやすく、負のゼータ電位を有するSiC微粒子との間で凝集を生じ易い。この場合にも、カチオン性基を有する高分子分散剤を添加することによって、SiC微粒子が正のゼータ電位を有するものとなり、焼結助剤を含む分散液であっても、安定な分散液とすることができる。
カチオン性基を有する高分子分散剤としては、特に限定的ではないが、例えば、カチオン密度の高いポリマーであるポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン等の合成高分子；ポリオルニチン、ポリリジン等を用いることができる。これらの高分子分散剤の分子量については特に限定的ではないが、例えば、重量平均分子量として、３００〜１００，０００程度のものを用いることができる。特に、処理対象のセラミックス微粒子の平均粒径が３００ｎｍ程度以下の場合には、分子量が高すぎると粘度が上昇し易いので、重量平均分子量が、３００〜１０，０００程度の高分子分散剤を用いることが好ましい。
界面活性剤についても特に限定はないが、分散したセラミックス超微粒子の再凝集を防止するためには立体障害の大きい界面活性剤が好ましい。この様な界面活性剤として、非イオン性界面活性剤であるアルキルグリコシドなどを例示できる。アルキルグリコシドの具体例としては、n-オクチル-β-D-グルコシド、n-オクチル-β-D-マルトシド、n-デシル-β-D-グルコシド、n-デシル-β-D-マルトシド、n-ヘプチル-β-D-チオグルコシド、n-オクチル-β-D-チオグルコシド、n-ノニル-β-D-チオマルトシド等を挙げることができる。
界面活性剤の分子量についても特に限定的ではないが、分子量が高すぎると分散液の粘度上昇を生じ易い。このため、通常、界面活性剤の重量平均分子量は、１００〜１０００程度であることが好ましく、２００〜８００程度であることがより好ましく、２５０〜６００程度であることが特に好ましい。
高分子分散剤及び界面活性剤の使用量については特に限定的ではないが、粒径分布が狭く、均一性の良好な分散液を得るためには、高分子分散剤については 分散質とするセラミックス微粒子１００重量部に対して、０．１〜５重量程度とすることが好ましく、０．５〜３重量部程度とすることがより好ましい。また、界面活性剤については、セラミックス微粒子１００重量部に対して０．１〜５重量部程度とすることが好ましく、０．５〜３重量部程度とすることがより好ましい。
本発明では、上記した条件の範囲内において、高分子分散剤と界面活性剤を併用することが好ましく、特に、カチオン性基を有する高分子分散剤とノニオン性界面活性剤を併用することが好ましい。特に、SiC微粒子又はBN微粒子を分散させる場合には、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを併用することが好ましい。これにより、分散したセラミックス微粒子に正のゼータ電位を付与すると共に、立体抵抗効果によって再凝集を防止して、安定な分散液とすることができる。
分散媒として水を用いる場合には、分散液中のセラミックス微粒子の含有量は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、セラミックス微粒子を含む分散液全体を基準として、セラミックス微粒子の含有量が３０重量％程度以下であることが好ましく、１５重量％程度以下であることがより好ましく、１０重量％程度以下であることが更に好ましい。セラミックス微粒子の含有量の下限についても、０．１重量%程度以上とすればよい。
尚、得られた分散液の粘度は、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、安定性の良好な分散液とするためには、２０℃で剪断速度５０s-1で測定した粘度が１〜２００mPa・s程度の範囲内にあることが好ましい。従って、水を分散媒とする場合にも、平均粒径が300nm程度以下のセラミックス超微粒子を分散させる場合には、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、分散液中のセラミックス超微粒子の含有量が15重量％程度以下であることが好ましく、10重量％程度以下であることがより好ましい。
分散媒として水を用いる場合にも、分散液を作製する際の分散液の液温については、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、揮発や対流が生じて分散効率が低下することを抑制するために、５０℃程度以下とすることが好ましく、４０℃以下とすることがより好ましく、３０℃以下とすることが更に好ましい。液温の下限値については、通常、２０℃程度以上とすればよい。
分散液を作製するための時間についても、低級アルコールを分散媒とする場合と同様に、微細で均一な分散液が形成される状態となるまでホモジナイザーによる分散を行えばよい。例えば、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を５〜２０分程度行えばよい。また、必要に応じて、ローター・ステーター式ホモジナイザーによる分散処理を一時的に停止した後、分散処理を繰り返すことによって、分散液の温度上昇を抑制して、均一性に優れた分散液を得ることができる。
３．セラミックス微粒子の分散液
上記した方法によれば、平均粒径が１μｍを下回るサブミクロンのセラミックス微粒子を対象物として、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭く、均一性に優れた安定性の良好な分散液を得ることができる。
上記した方法によれば、平均粒径が１μｍを下回るサブミクロンのセラミックス微粒子を対象物として、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭く、均一性に優れた安定性の良好な分散液を得ることができる。
得られる分散液は、分散粒子の凝集が少なく、例えば、平均粒径が100nm以下のセラミックス超微粒子を分散質とした場合であっても、凝集の少ない、均質な分散液とすることができる。
上記した方法で得られる分散液は、均質で安定な分散液であり、分散質として用いるセラミックス微粒子の種類に応じて、各種の用途に用いることができる。例えば、SiCの分散液については、耐磨耗性被膜、耐擦傷性被膜、耐熱性被膜、硬質性被膜等を形成するための塗料原料及びフィラー、繊維強化型セラミックス複合材料のマトリックス部等の用途に有効に用いることができる。また、BNの分散液については、固体潤滑剤、電気絶縁性のヒートシンクや切削砥石等の原料、フィラー等の用途に有効に用いることが出来る。
本発明のセラミックス微粒子分散液の製造方法によれば、凝集し易く、均一な分散液とすることが困難なナノサイズのセラミックス微粉末、特に、均一な分散液を得ることが困難であるとされてきた、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）等の微粒子についても、煩雑な操作を要することなく、簡単な操作によって、均一性に優れ、安定性も良好な分散液を製造できる。
従って、本発明方法によって得られる分散液は、従来からセラミックス微粒子の分散液が用いられている各種の分野において、高性能の製品を製造するための原料として、非常に有用性が高いものである。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
分散媒として、アセトン、ヘキサン又はイソプロパノールを用い、各溶媒100mlをビーカーに入れ、これにSiC超微粉末0.3gを添加した。SiC超微粒子としては、平均粒径40nm（粒径幅20〜100nm）、BET比表面積93m2/s、見掛け密度0.08g/cm3、真密度3.0g/cm3、C/Si比1.0のものを用いた。
分散媒として、アセトン、ヘキサン又はイソプロパノールを用い、各溶媒100mlをビーカーに入れ、これにSiC超微粉末0.3gを添加した。SiC超微粒子としては、平均粒径40nm（粒径幅20〜100nm）、BET比表面積93m2/s、見掛け密度0.08g/cm3、真密度3.0g/cm3、C/Si比1.0のものを用いた。
図１に示す構成の装置を用い、SiC超微粉末を含む分散液を入れたビーカーを水と氷を入れた恒温槽に浸し、２５０ｍｌビーカー内の分散液中に、ローター・ステーター式ホモジナイザーの先端部（ジェネレーター部）をビーカーの深さ２ｃｍの位置まで入れてホモジナイザーを運転してSiC超微粉末の分散を行った。
ローター・ステーター式ホモジナイザーとしては、IKA社製のTSウルトラタラックスＴ２５を用い、回転数500〜25000rpmの範囲で回転数を調整して、分散液の液温を２０℃以上４０℃以下に維持しながら分散処理を行った。ホモジナイザーによる分散処理は５分間の処理を３回行った。
上記した処理終了後、分散液の温度が安定した後、スポイドを用いて分散液を採取し、堀場製作所社製レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置（モデルＬＡ−９２０型）を用いてレーザー散乱光法によって、分散液中の分散粒子の粒径を求めた。結果を図２に示す。
図２から明らかなように、分散媒としてイソプロパノールを用いた場合には、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭い分散液が得られた。これに対して、アセトン又はヘキサンを分散媒とした場合には、分散粒子の粒径が大きく、粒度分布幅の広い分散液が得られた。この結果から、SiC超微粉末の分散液を形成する場合に、分散媒としてイソプロパノールを用いることによって、良好な分散液が得られることが判る。
実施例２
純水100mlを入れたビーカーにSiC超微粉末0.3gを添加した。SiC超微粉末としては実施例１と同一のものを用いた。
このビーカーに、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれか一方又は両方を添加した。添加量は、次の４種類とした。
（１）ポリエチレンイミン0.009ｇ。
（２）ポリエチレンイミン0.0045ｇ。
（３）アルキルグリコシド0.0045ｇ。
（４）ポリエチレンイミン0.006ｇ及びアルキルグリコシド0.003ｇ。
純水100mlを入れたビーカーにSiC超微粉末0.3gを添加した。SiC超微粉末としては実施例１と同一のものを用いた。
このビーカーに、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれか一方又は両方を添加した。添加量は、次の４種類とした。
（１）ポリエチレンイミン0.009ｇ。
（２）ポリエチレンイミン0.0045ｇ。
（３）アルキルグリコシド0.0045ｇ。
（４）ポリエチレンイミン0.006ｇ及びアルキルグリコシド0.003ｇ。
使用したポリエチレンイミンは、和光純薬工業社製の重量平均分子量600のものであり、アルキルグリコシドは、和光純薬工業社製のn-オクチル-β-D-チオグルコシド（重量平均分子量308）である。
上記した各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてSiC超微粉末を分散させた。
上記した分散処理終了後、スポイドを用いて分散液を採取し、分散液中の分散粒子の粒径を実施例１と同様の装置を用いてレーザー散乱光法によって求めた。結果を図３に示す。
図３から明らかなように、分散媒として水を用いた場合には、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれも添加しない場合には、分散粒子の粒度分布幅が広くなり、粒径の均一な分散液を得ることができなかった。これに対して、ポリエチレンイミン又はアルキルグリコシドを添加することによって、分散粒子の均一性が向上し、特に、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方を同時に添加した場合には、分散粒子の粒径が小さく、粒度分布幅が狭い分散液が得られた。
実施例３
分散媒として、イソプロパノール１００ｍｌを用い、これに実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子を0.3g又は10g添加した試料を作製した。
分散媒として、イソプロパノール１００ｍｌを用い、これに実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子を0.3g又は10g添加した試料を作製した。
また、分散媒として、純水100mlを用い、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加し、更に、これに実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子を0.3g又は10g添加した試料を作製した。ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドの添加量は、SiC超微粒子の添加量が0.3gの場合にはそれぞれ0.006gと0.003gとし、SiC超微粒子の添加量が10gの場合には、それぞれ0.2gと0.1gとした。
これらの各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてSiC超微粒子を分散させた。
上記した方法で調製した各分散液を蓋つきのプラスティック容器に移し替え、大気中２０℃の温度環境下で０時間及び４８時間経過させ、ブルックフィールド デジタル粘度計ＨＡＤＶ−Ｉを用いて５０ｓ-1のせん断速度でスラリーの粘度を測定した。結果を表１示す。
以上の結果から明らかなように、実施例１及び実施例２と同様の方法で作製した0.3重量％のSiC超微粒子分散液は、イソプロパノールを分散媒とした場合と水を分散媒とした場合のいずれの場合にも、分散液の調製直後と４８時間経過後で粘度変化が殆どなく、安定性の良好な分散液が形成されたことが確認できた。
また、濃度10重量％のSiC超微粒子分散液についても、イソプロパノールを分散媒とした場合と水を分散媒とした場合のいずれの場合にも、分散液の調製直後と４８時間経過後において、分散液の粘度変化が殆どなく、安定性の良好な分散液が形成されたことが確認できた。
実施例４
分散媒として、アセトン、ヘキサン又はイソプロパノールを用い、各溶媒100mlをビーカーに入れ、これにBN超微粉末0.3gを添加した。BN超微粒子としては、平均粒径50nm（粒径幅20〜300nm）、BET比表面積173m2/s、見掛け密度0.05g/cm3、真密度2.0g/cm3 のものを用いた。
分散媒として、アセトン、ヘキサン又はイソプロパノールを用い、各溶媒100mlをビーカーに入れ、これにBN超微粉末0.3gを添加した。BN超微粒子としては、平均粒径50nm（粒径幅20〜300nm）、BET比表面積173m2/s、見掛け密度0.05g/cm3、真密度2.0g/cm3 のものを用いた。
上記した各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてBN超微粉末を分散させた。分散液の温度が安定した後、スポイドを用いて分散液を採取し、分散液中の分散粒子の粒径をレーザー散乱光法によって求めた。結果を図４に示す。
図４から明らかなように、ヘキサン又はアセトンを分散媒とした場合には、BN超微粒子の分散性が悪く、アセトンを分散媒とした場合には粒径2μm程度のところにピークが生じ、ヘキサンを分散媒とした場合には粒径6μｍ程度の位置にピークが生じており、いずれも、凝集したBN超微粒子が多量に存在することが認められた。これに対して、イソプロパノールを分散媒とした場合には、粒径100nm程度の部分にピークが生じており、BN超微粒子の分散性が向上していることが確認できた。
実施例５
純水100mlを入れたビーカーにBN超微粉末0.3gを添加した。BN超微粉末としては実施例４と同一のものを用いた。このビーカーに、実施例２と同様にして、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれか一方又は両方を添加した。添加量は、次の３種類とした。
（１）ポリエチレンイミン0.009g。
（２）アルキルグリコシド0.009g。
（３）ポリエチレンイミン0.006g。
（４）アルキルグリコシド0.003g。
純水100mlを入れたビーカーにBN超微粉末0.3gを添加した。BN超微粉末としては実施例４と同一のものを用いた。このビーカーに、実施例２と同様にして、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれか一方又は両方を添加した。添加量は、次の３種類とした。
（１）ポリエチレンイミン0.009g。
（２）アルキルグリコシド0.009g。
（３）ポリエチレンイミン0.006g。
（４）アルキルグリコシド0.003g。
上記した各試料について、実施例１と同様にして、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いてBN超微粉末を分散させた。
分散処理終了後、スポイドを用いて分散液を採取し、分散液中の分散粒子の粒径を実施例１と同様の装置を用いてレーザー散乱光法によって求めた。結果を図５に示す。
図５から明らかなように、分散媒として水を用いた場合には、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドをいずれも添加しない場合には、分散粒子の粒径が大きく、しかも粒度分布幅が広い分散液が形成された。これに対して、ポリエチレンイミン又はアルキルグリコシドを添加することによって、分散粒子の均一性が向上し、特に、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方を同時に添加した場合には、粒径１μｍ付近と、数百nm付近にピークが認められ、BN超微粒子の分散性が向上していることが確認できた。
試験例１（ゼータ電位の測定）
（１）SiC超微粒子のゼータ電位の測定
実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子0. 3gと純水100ｇをビーカーに入れた試料と、更に、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミン0.006ｇとアルキルグリコシド0.003gを添加した試料を準備した。
（１）SiC超微粒子のゼータ電位の測定
実施例１で用いたものと同じSiC超微粒子0. 3gと純水100ｇをビーカーに入れた試料と、更に、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミン0.006ｇとアルキルグリコシド0.003gを添加した試料を準備した。
上記した各試料について、それぞれ、実施例１と同様にして、でローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて分散液を作製した。
得られた分散液を３０分放置した後、上澄み液を２等分し、一方は、0.1M塩酸を用いてｐH２〜６の範囲に調整し、他方は0.1M水酸化ナトリウムを用いてｐH７〜１１の範囲に調整した。各ｐH値の分散液について、それぞれゼータ電位を３回測定し、その平均値を求めた。なお、本明細書で言うゼータ電位は、電気泳動光散乱装置（堀場製作所製、nano Partica SZ-100）を用いて、室温で求めたものである。結果を図６に示す。
図６から明らかなように、SiC超微粒子の分散液では、SiC超微粒子のゼータ電位は、pH2〜11の範囲において、正の値から負の値に電位に変動した。これに対して、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加した分散液では、SiC超微粒子はpH2〜9の範囲において、正のゼータ電位を有し、その値も大きい値となった。ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加した分散液において良好な分散液が形成されることは、この点が寄与しているものと考えられる。
（２）BN超微粒子のゼータ電位の測定
実施例４で用いたものと同じBN超微粒子0. 3gと純水100ｇをビーカーに入れた試料と、更に、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミン0.006ｇとアルキルグリコシド0.003gを添加した試料を準備した。
実施例４で用いたものと同じBN超微粒子0. 3gと純水100ｇをビーカーに入れた試料と、更に、これに実施例２で用いたものと同じポリエチレンイミン0.006ｇとアルキルグリコシド0.003gを添加した試料を準備した。
これらの各試料について、上記したSiC超微粒子のゼータ電位の測定方法と同様にして、分散液を作製し、BN超微粒子のゼータ電位を測定した。結果を図７に示す。
図７から明らかなように、BN超微粒子の分散液についても、SiC超微粒子の分散液と同様に、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを無添加の場合には、pH2〜11の範囲において、正の値から負の値に電位に変動したのに対して、ポリエチレンイミンとアルキルグリコシドを添加した分散液では、BN超微粒子はpH2〜9の範囲において、正のゼータ電位を有し、その値も安定した。
Claims (6)
- 分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法であって、
セラミックス微粒子が、平均粒径が300nm以下の炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、分散媒が低級アルコールであって、分散液の液温を４０℃以下に制御してセラミックス微粒子を分散させる、セラミックス微粒子分散液の製造方法。 - 低級アルコールがイソプロピルアルコールである、請求項１に記載のセラミックス分散液の製造方法。
- 分散媒としての低級アルコール又は水に、平均粒径１μｍ未満のセラミックス微粒子を添加し、ローター・ステーター式ホモジナイザーを用いて、該セラミックス微粒子を分散媒中に分散させることを特徴とする、セラミックス微粒子分散液の製造方法であって、
セラミックス微粒子が、平均粒径が300nm以下の炭化ケイ素微粒子又は窒化ホウ素微粒子であり、分散媒が水であって、ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの何れか一方又は両方の存在下に、セラミックス微粒子を分散させる、セラミックス微粒子分散液の製造方法。 - ポリエチレンイミン及びアルキルグリコシドの両方の存在下に分散を行う請求項３に記載のセラミックス微粒子分散液の製造方法。
- 請求項１又は２の方法によって得られ、前記分散媒がイソプロピルアルコールである窒化ホウ素微粒子の分散液。
- 請求項３又は４の方法によって得られ、前記分散媒が水である窒化ホウ素微粒子の分散液。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2013/055691 WO2014132445A1 (ja) | 2013-03-01 | 2013-03-01 | セラミックス微粒子分散液の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2014132445A1 JPWO2014132445A1 (ja) | 2017-02-02 |
| JP6076459B2 true JP6076459B2 (ja) | 2017-02-08 |
Family
ID=51427743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015502694A Active JP6076459B2 (ja) | 2013-03-01 | 2013-03-01 | セラミックス微粒子分散液の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10322975B2 (ja) |
| EP (1) | EP2962993B1 (ja) |
| JP (1) | JP6076459B2 (ja) |
| WO (1) | WO2014132445A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019189254A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2021-04-15 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 炭化ケイ素焼結体用分散体、これを用いた炭化ケイ素焼結体用グリーンシートおよび炭化ケイ素焼結体用プリプレグ材、ならびにその製造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014132445A1 (ja) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | 国立大学法人京都大学 | セラミックス微粒子分散液の製造方法 |
| WO2017018599A1 (ko) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | 한국기계연구원 | 탄화규소 분말, 탄화규소 소결체, 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법 |
| FR3040996B1 (fr) * | 2015-09-16 | 2020-02-14 | Nanomakers | Procede de fabrication d’un materiau a base de polymere. |
| CN110860223A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-06 | 南京工业大学东海先进硅基材料研究院 | 一种粒度窄分布超细碳化硅微粉的分级方法 |
| WO2021162424A1 (ko) | 2020-02-12 | 2021-08-19 | 에스케이씨솔믹스 주식회사 | 세라믹 부품 및 이를 포함하는 플라즈마 식각장치 |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6312479A (ja) | 1986-06-30 | 1988-01-19 | 凸版印刷株式会社 | マイクロ波発熱体付食品容器 |
| JPS6395105A (ja) | 1986-10-08 | 1988-04-26 | Bridgestone Corp | 炭化珪素の製造方法 |
| JP3023435B2 (ja) | 1990-04-19 | 2000-03-21 | 弌倫 木島 | 高純度炭化珪素焼結体及びその製造方法 |
| JPH07330543A (ja) | 1994-06-10 | 1995-12-19 | Bridgestone Corp | 化粧料 |
| US6194083B1 (en) * | 1997-07-28 | 2001-02-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic composite material and its manufacturing method, and heat resistant member using thereof |
| DE19749082A1 (de) * | 1997-11-06 | 1999-05-12 | Bayer Ag | Nanoskalige anorganische Pigmente enthaltende Ink-Jet-Tinten |
| DE19800310A1 (de) * | 1998-01-07 | 1999-07-08 | Bayer Ag | Oberflächenbelegte, nichtoxidische Keramiken |
| DE19846096A1 (de) * | 1998-10-07 | 2000-04-13 | Bayer Ag | Präparation von Suspensionen ternärer Oxide für Drucktinten |
| JP4655343B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2011-03-23 | Ｊｓｒ株式会社 | 膜形成用組成物および絶縁膜形成用材料 |
| US7378362B2 (en) * | 2000-09-29 | 2008-05-27 | Goodrich Corporation | Boron carbide based ceramic matrix composites |
| DE10111225A1 (de) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Wacker Chemie Gmbh | Verbundwerkstoff auf der Basis von Siliciumcarbid und Kohlenstoff, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung |
| US6645612B2 (en) * | 2001-08-07 | 2003-11-11 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High solids hBN slurry, hBN paste, spherical hBN powder, and methods of making and using them |
| JP4301858B2 (ja) * | 2003-05-12 | 2009-07-22 | 株式会社トクヤマ | 湿式シリカ分散液及びその製造方法 |
| US7015260B2 (en) * | 2003-06-04 | 2006-03-21 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | High temperature polymeric materials containing corona resistant composite filler, and methods relating thereto |
| DE102004031785A1 (de) * | 2004-07-01 | 2006-01-26 | Degussa Ag | Polyol enthaltende Siliciumdioxid-Dispersion |
| WO2006118940A1 (en) * | 2005-05-03 | 2006-11-09 | The Procter & Gamble Company | Compositions comprising discrete particle aggregates and/or agglomerate for application to keratin fibers |
| US20080031806A1 (en) * | 2005-09-16 | 2008-02-07 | John Gavenonis | Continuous process for making nanocrystalline metal dioxide |
| JP5119769B2 (ja) * | 2007-07-06 | 2013-01-16 | 住友大阪セメント株式会社 | 炭化ケイ素ナノ粒子分散液の製造方法 |
| EP2053023A1 (de) * | 2007-10-23 | 2009-04-29 | Evonik Degussa GmbH | Zirkondioxid-Pulver und Zirkondioxid-Dispersion |
| US7441717B1 (en) * | 2007-10-31 | 2008-10-28 | Eastman Kodak Company | Micromedia milling process |
| JP2008169115A (ja) * | 2008-04-03 | 2008-07-24 | Osamu Yamamoto | 窒化硼素含有複合セラミックス焼結体の製造方法及び同焼結体 |
| US9248383B2 (en) * | 2008-04-08 | 2016-02-02 | Waters Technologies Corporation | Composite materials containing nanoparticles and their use in chromatography |
| JP2009256534A (ja) * | 2008-04-21 | 2009-11-05 | Teijin Ltd | 機械特性、寸法安定性に優れた高分子電解質組成物及びその製造方法 |
| JP5256232B2 (ja) | 2009-12-08 | 2013-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | アルミナ−セリア複合酸化物微粒子の合成方法 |
| US20110318421A1 (en) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | Edward E. Parsonage | Surface functionalized ceramic nanoparticles |
| WO2014132445A1 (ja) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | 国立大学法人京都大学 | セラミックス微粒子分散液の製造方法 |
| US9656868B2 (en) * | 2013-03-07 | 2017-05-23 | Denka Company Limited | Boron-nitride powder and resin composition containing same |
-
2013
- 2013-03-01 WO PCT/JP2013/055691 patent/WO2014132445A1/ja active Application Filing
- 2013-03-01 EP EP13876386.7A patent/EP2962993B1/en active Active
- 2013-03-01 US US14/771,546 patent/US10322975B2/en active Active
- 2013-03-01 JP JP2015502694A patent/JP6076459B2/ja active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019189254A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2021-04-15 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 炭化ケイ素焼結体用分散体、これを用いた炭化ケイ素焼結体用グリーンシートおよび炭化ケイ素焼結体用プリプレグ材、ならびにその製造方法 |
| JP7252941B2 (ja) | 2018-03-30 | 2023-04-05 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 炭化ケイ素焼結体用分散体、これを用いた炭化ケイ素焼結体用グリーンシートおよび炭化ケイ素焼結体用プリプレグ材、ならびにその製造方法 |
| US11760697B2 (en) | 2018-03-30 | 2023-09-19 | Fujimi Incorporated | Dispersion for silicon carbide sintered body, green sheet for silicon carbide sintered body and prepreg material for silicon carbide sintered body using the same, and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10322975B2 (en) | 2019-06-18 |
| EP2962993B1 (en) | 2019-06-12 |
| EP2962993A4 (en) | 2016-11-02 |
| WO2014132445A1 (ja) | 2014-09-04 |
| EP2962993A1 (en) | 2016-01-06 |
| US20160122251A1 (en) | 2016-05-05 |
| JPWO2014132445A1 (ja) | 2017-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6076459B2 (ja) | セラミックス微粒子分散液の製造方法 | |
| Ren et al. | Enhanced thermal conductivity for Ag-deposited alumina sphere/epoxy resin composites through manipulating interfacial thermal resistance | |
| US11254820B2 (en) | Process for manufacturing boron nitride agglomerates | |
| KR101083306B1 (ko) | 혼합 나노 윤활유의 제조방법 및 그에 의해 제조된 혼합 나노 윤활유 | |
| Guo et al. | Dispersion of nano-TiN powder in aqueous media | |
| KR20110032857A (ko) | 탄소나노튜브와 금속으로 이루어진 나노복합분말의 제조방법 | |
| Yoon et al. | A comparative study of the electrorheological properties of various N-doped nanomaterials using ammonia plasma treatment | |
| Foratirad et al. | Effects of dispersants on dispersibility of titanium carbide aqueous suspension | |
| WO2011099466A1 (ja) | 焼結体及びその製造方法 | |
| JP2017036190A (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子組成物、ｂｎ凝集粒子含有樹脂組成物及びそれらの成形体、並びに窒化ホウ素凝集粒子の製造方法、 | |
| Sagadevan et al. | A chemical synthesized Al-doped PbS nanoparticles hybrid composite for optical and electrical response | |
| Chen et al. | Synthesis of highly dispersed silicon carbide powders by a solvothermal-assisted sol–gel process | |
| Gu et al. | Highly concentrated aqueous suspension containing fine SiC particles | |
| Anas et al. | Nanofillers in ZnO based materials: a ‘smart’technique for developing miniaturized high energy field varistors | |
| Yoon et al. | Dispersion and densification of nano Si–(Al)–C powder with amorphous/nanocrystalline bimodal microstructure | |
| Wozniak et al. | Rheological properties and thermal conductivity of AlN–poly (propylene glycol) suspensions | |
| He et al. | Dispersion and rheology of aqueous zirconium diboride nanosuspensions | |
| JP2011184285A (ja) | 焼結体及びその製造方法 | |
| Gautam et al. | Synthesis, mechanical and I–V characteristics of Ag–PVA nanocomposite films | |
| JP2008169050A (ja) | セラミックスグリーンシート及びその製造方法 | |
| JP2005053752A (ja) | 改質黒鉛粒子及びこの改質黒鉛粒子を配合した塗料 | |
| KR102603948B1 (ko) | 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법 | |
| JP7346116B2 (ja) | 粉体及び固体組成物 | |
| Qiu et al. | Fabrication of fine AlN particles by pulverizing with very small ZrO2 beads | |
| KR20190099837A (ko) | 3d 구조를 갖는 탄소소재금속나노입자복합체 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161102 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161220 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170110 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6076459 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |