JPH01252599A

JPH01252599A - 酸化亜鉛ウイスカー

Info

Publication number: JPH01252599A
Application number: JP63041329A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshinaka; 芳中　實; Eizo Asakura; 朝倉　栄三; Toshihiro Misaki; 見崎　利裕; Motoi Kitano; 基北野; Hideyuki Yoshida; 吉田　英行
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 1989-10-09
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600761B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ボッド状構造を示す長寸法
性の酸化亜鉛ウィ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、−船釣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）　１
９８５　Ｐ５３〜６５）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ィスカーと比較すると寸法面で約
２桁小さい。このため、前記ウィ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、ウィスカー的な顕著
な効果は認められない。

即ち、繊維状の単結晶であるウィ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犬で、これを他の物質
中に混入して高い機械的強度を得るだめの強化物質とし
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ィスカーが市販されてい
る。しかし、これらのウィ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級のウィスカーの例（特
開昭５０−６５９７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、工業用ウィスカー級の大きさを有する酸化亜
鉛ウィスカーを提供することを目的とする。また、本発
明は、テトラボッド状構造の酸化亜鉛ウィスカーを提供
するものである。

課題を解決するだめの手段本発明の酸化亜鉛ウィスカーは、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〜
１４μｍ１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３〜２００　ｐｍ　、好
ましくは１０〜２００．ｃｚｌｎ。

特に３０〜２００μｍである。

作用本発明の酸化亜鉛ウィスカーは、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、水共存下で乳鉢式摺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
加えることによシ、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、ウィスカーの生成
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、酸化亜鉛ウィスカーに成長する
。このウィスカーは、従来の酸化亜鉛ウィスカーに見ら
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
テトラボッド状構造を呈する。そして生成するウィスカ
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。これを掴潰処理と
呼ぶ。

第３〜４図は、この撞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ィ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２０
０μｍの長さを有するテトラボッド状構造のウィスカー
が認められる。径は７〜１４μｍである。

ここで、長さとはテトラボ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。

第４図では、小さいもので４０μｍ、太きいもので７０
μｍの長さを有し、径が２〜８μｍのテトラボッド状構
造のウィスカーが認められる。

第６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のテトラボッド状
構造のウィ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９９．９”９　％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６００
ｙ中に投入し、乳鉢形摺潰機で約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
鉛ウィスカーが生成された。生成酸化亜鉛中ウィスカー
の割合はｓｅｗｔ％であった。

上記で得られた酸化亜鉛ウィ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ンド状の結晶体が明
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、テトラボッド状のものが約８０チを
占める。

第２図は上記ウィスカーの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。

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ｒｓｏｏｆ中に投入し、乳鉢形の石川式摺潰
機で３６分間撞摺部理した０次に温度２６℃の水中に７
２時間放置した。この水中放置後、粉末表面の水分を除
去するだめ１５０’Ｃ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１
０００±１０’Ｃ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の酸化亜鉛ウィスカーが生成され、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、ウィスカー
の割合は８５ｗｔ％であった。

このウィスカーの電子顕微鏡写真を第３図に示す。

酸化亜鉛ウィスカーの形状は、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ボッド状構造
のものが９５チ以上を占め、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、ウィスカーの大きさは、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７５〜２０ｏ
Ａ１ｍ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、石川式摺潰機
で２ｏ分間掴潰処理し、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１ｏｏｏ±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ィスカー、下層
部に団塊状酸化亜鉛が生成され、ウィスカーの割合はａ
ｅｗｔ％であった。

酸化亜鉛ウィスカーの形状は、実施例１と同様のテトラ
ボッド状構造であり、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２０〜１ｏＯμｍ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、石川式摺潰機
で５分間摺部処理し、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
、１ｏｏｏ±１０’Ｃ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（ｓｓｗｔ％
）で酸化亜鉛ウィスカーが生成された。

形状は実施例２，３と同様にテトラボッド状であリ、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ィスカーについても
、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。

まだ、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６実施例１で得られたテトラボッド状構造の針状ＺｎＯを
ＡＢＳ樹脂に混入して複合物の機械的特性を測定し、針
状ＺｎＯの補強効果を調べた。

針状ＺｎＯの混入量を変えた十字架形（５ｍｍ角。

たて方向５０ｍｍ、横方向６０ｍｍ）の試験片を作製し
、その引張り強度試験をしだ。結果を次表に示す。

発明の効果本発明の酸化亜鉛ウィスカーば、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。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図及び第６図は、本発明の酸化亜
鉛ウィスカーの電子顕微鏡写真、第２図はＸ線回折図で
ある。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名′ｓ
１図第３図０ｐｒｎ区　　　　　　桝　璽（’Ｊ第　４　図（Ｏｐｒｎ第５図０ｐｒｎ

Claims

【特許請求の範囲】

（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である酸化亜鉛ウィスカー。
（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１〜１
４μｍ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である酸化亜鉛ウィスカー。
（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である酸化亜鉛ウィスカー。