JPH01308898A - 窒化アルミニウムウィスカーの製造法 - Google Patents

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、窒化アルミニウムウィスカーの製造方法に関
し、詳しくは高品質な窒化アルミニウムウィスカーを高
収率に製造する方法に関する。

（従来技術およびその問題点） 窒化アルミニウムウィスカーは、比強度、比弾性、耐熱
性、耐酸化性、化学的安定性などの特性面で他の複合材
料用繊維にない優れた性能を有しており、各種金属との
濡れ性も良好であることがら、セラミンクス、金属、プ
ラスチックスなどの複合材料強化材として注目されてい
る。

しかし、窒化アルミニウムウィスカーが複合強化材とし
て優れた性能を発揮するためには、ウィスカーの直径、
長さなどの形状特性以外にウィスカー中に含まれる金属
不純物の含有量や未反応酸化アルミニウム分、粉状骨の
少ないことが要求される。

この様な窒化アルミニウムウィスカーの製造方法は、た
とえば、（１）金属アルミニウムを窒素ガス雰囲気下で
加熱処理する方法、（２）窒素ガス雰囲気下でＡ　ｆｆ
ｉ　２０３を炭素で還元する方法などが知られている。

これらの方法は粒状の窒化アルミニウムが多く生成し、
窒化アルミニウムウィスカーとしての生成率が良（ない
。

また、特開昭６２−２８３９００号公報によれば高収率
にするために遷移金属を添加したＡ　ｆｆ　２０３をＮ
２ガス中で還元する方法が提案されているが、この方法
は遷移金属の添加量が多いため、高品質にするために後
処理が必要であるなどの問題点があり、いずれの場合も
工業滴な方法としては有利な方法とは言い難い。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、従来の窒化アルミニウムウィスカーの製造
における上記した問題点を解決するために鋭意研究した
結果、アルミニウムのアルコキシドに遷移金属およびそ
の化合物を添加して加水分解し、得られた遷移金属元素
含有加水分解生成物を原料として用いることにより、粉
状や屈曲状の窒化アルミニウムウィスカーを含まず、直
線状に優れた窒化アルミニウムウィスカーを高純度で得
ることができることを見出し本発明に至った。

すなわち、アルミニウムのアルコキシドを微量の遷移金
属またはその化合物の共存下に加水分解し、得られた微
量の遷移金属またはその化合物を含有する加水分解生成
物と炭素源とを混合後、水素濃度０〜５０％である窒素
雰囲気中において１３００〜１６００°Ｃの温度で加熱
することを特徴するものである。　本発明における上記
した微量の遷移金属元素を均一に含有するアルミニウム
のアルコキシドを加水分解した生成物は、アルミニウム
のアルコキシドを加水分解する際に微量の遷移金属また
はその化合物を混合して加水分解を行うことにより達成
される。

この様な方法で得られた加水分解生成物は、結晶化の際
の触媒となる遷移金属元素が微細で均一にアルミニウム
化合物内に分散しており、単なる含浸操作に比較し微量
の触媒量で窒化アルミニウムウィスカーの結晶成長の促
進化と収率の向上に有効に作用する。しかも結晶化反応
を水素含有雰囲気下で行なうことにより更に効果が助長
され、粒状分も少なく形状も直線性に優れ揃ったものに
なる。

ウィスカーの生成は、ＶＬＳ機構によって進行するもの
と推測されるが、アルミニウム化合物の内部や表面に微
細な状態で均一に分散している触媒成分が加熱によって
Ａ　ｆ　２０３に固溶しやすく、やがて局部的にｉ、０
および触媒成分からなる液滴を生じこの液滴に窒素ガス
およびＡ　ｆｆｉ　２０３とカーボンブラックとの還元
反応によって生成したＡ　ｆｆｉ　２０　　またはＡＩ
！、０の蒸気が溶解して行き、飽和濃度を超えるとＡ　
ｆｆｉ　３Ｎ４　ウィスカーとして析出するものと考え
られる。

本発明の方法による触媒成分の添加方法が、■ＬＳ機構
において極めて効果的な成長活性点（液滴）を作りやす
いことと、水素の共存がガス状のアルミニウム化合物の
生成を促進する作用と相乗し、性状の優れた窒化アルミ
ニウムウィスカーの生成を著しく促進するものと考えら
れる。

この様な方法で得られたウィスカーは、添加触媒量が少
ないため製品中に残留する星も少なく、また収率が高く
未反応のへ２□０３をほとんど含まない。形状的にも粒
状分をほとんど含まず直線状で揃っているため、分離分
級操作を必要とせず、高品質の製品となり得るものであ
る。

本発明に使用されるアルコキシドは、通常容易に入手で
きるものならば特に限定されないが、−般には脂肪族ア
ルコキシドであり、好ましくは、プロポキシド、ブ１キ
シドなとである。具体的にはアルミニウムジイソプロポ
キシド、アルミニウムプロポキシド、アルミニウムモノ
ジイソプロポキシド、などが挙げられる。これらのアル
コキシドは単独または二種類以上の混合物として使用で
きる。そのほかに、これらアルコキシドのダイマー、ト
リマー、テトラマーなどのオリゴマーも好適に使用でき
る。

本発明の方法は、このアルコキシド類を結晶化反応にお
ける触媒成分であるＦｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ、あるいはＣ
ｒのごとき遷移金属またはその化合物の共存下で加水分
解するのであるが、遷移金属化合物としては上記金属の
酸化物、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩などが用いら
れる。

これらの化合物のうち、触媒成分が均一に分散して反応
条件下でより効果的に作用するためにはＦｅ。

Ｃｏ、Ｎｉの塩化物や硝酸塩などの水溶性化合物がより
好ましい。

加水分解の方法は、アルミニウムのアルコキシド化合物
を加水分解するに要する量の水に触媒成分を溶解あるい
は均一に分散させた後、アルミニウムのアルコキシド化
合物と混合すればよい。均一な加水分解反応を進行させ
るためには水量を最小量に抑え、２層に分離しない様に
必要に応じてアルコール類を添加して均一溶液状態で行
うのがよい。

また、反応速度を制御するために、連敗性の塩基や酸類
を添加したり、加熱しながら加水分解反応を進行させる
こともできるが、局部的な反応が起こらない様に配慮す
る必要がある。

反応終了後、得られた加水分解生成物は乾燥し１５０メ
ツシユ以下に微粉砕する。

本発明を実施するに際して触媒量は、加水分解生成物中
のアルミニウム分に対して、金属元素量として０．００
２〜０．５事情χの割合になるように調製されるがこの
含有量が０．００２重量％以下では効果は少なく、０．
５主星χを越えてももはや好ましい効果は得られず、製
品の純度を低下させることになり好ましくない。

次にこの様にして得られた遷移金属元素を含有する加水
分解生成物と炭素源とを混合する。

この炭素源としては、この種の反応に通常使用されるカ
ーボンブラックや粉末活性炭などの炭素等が使用できる
が、アセチレンブラックやファーネスブラックなどのカ
ーボンブラックが好ましい。

炭素源の配合は、加水分解生成物中のアルミニウム分に
対し炭素としＣ／Ａ　ｆｆ・１．５〜４の比率とし、混
練機やミキサーで混合されるが、混合物の嵩密度を０．
０２〜０．２ｇ／ｃｃとなるようにＪＷするのが好まし
い。　嵩密度が低い方が針状結晶を発達させるのに有効
な成長空間を形成し、直線的なウィスカーの成長を助長
する。

炭素量が少ない場合は未反応のアルミニウムの酸化物が
残存し、また多い場合は後処理の負担が増え経済的でな
い。

炭素源を混合した混合物は、低嵩密度の状態で炭素製容
器に充填し、水素を含む窒素雰囲気下で１３００〜１６
００’Ｃの温度で加熱反応させる。この際、水素濃度は
５０％以下で使用される。また、加熱温度は１３００°
Ｃより低いとこの反応が実質的に進行せず、１６００°
Ｃより高いとウィスカーの径が太くなりウィスカー同士
の融着も起こすようになるため好ましくない。

反応後に過剰の炭素が残留する場合は、空気中において
６００〜８００　’Ｃで燃焼除去すればよい。

このようにして得られた窒化アルミニウムウィスカーは
未反応のＡ１．．０３をほとんど含まず重金属量も少な
い高純度のものである。また、アスペクト比が２０〜２
００範囲、直径０．２〜２．Ｏｕｍの直線状のウィスカ
ーであり粒状の窒化アルミニウムをほとんど含まない高
品質なものである。

（発明の効果） 本発明は上述したようにＨＮの触媒成分を均一に含有し
たアルミニウムのアルコキシドのＪｌｌｎ　水分解生成
物を炭素源と混合し、水素含有雰囲気下で加熱すること
により、高収率で高品質の窒化アルミニウムウィスカー
を得ることが出来る。さらに本発明による生成物は、粒
粉状の窒化アルミニウムや未反応Ａ　１２０．分、重金
属類の除去などの厄介な後処理をせずとも高性能の複Ｓ
強化材として使用できるものである。

以下に本発明の実施例を示す。

実施例　１゜ アルミニウムジイソプロポキシド２０ｇとイソプロパツ
ール１４４ｇとを混合した溶液に塩化コハル１〜（Ｃｏ
ＣＩｚ）０．００５ｇを溶解した水Ｌｏｇを投入し反応
させ、透明な加水分解生成物を得た。

得られた加水分解生成物を乾燥し１５０　；Ｊフンヱ以
下に粉砕後、０．０３ｇ／ｃｃのカーボンブラック２０
ｇを加え、再度混合して嵩密度０．０７ｇ／ｃｃの混合
原料とした。混合原料を炭素製容器に充填した後、水素
ガス濃度１０Ｘの窒素ガス雰囲気下に１４５０°Ｃで４
ｈｒ反応させた。次いで残留したカーボンブラックを７
００°Ｃでｌｈｒ燃焼除去した。

得られた窒化アルミニウムウィスカーは、直径１．０μ
ｍ、アスペクト比１００程度の直線状のウィスカーであ
り、粒わ〕秋分は５％以下であった。

また、酸素４１度１．ＯＺ、　Ｃｏ　８０ｐｐｍ、　Ｆ
ｅ、　Ｎｉ、　Ｃｒ、Ｃａなどの他の重金属不純物量は
５０ｐｐｍ以下であった。

実施例　２゜ 塩化コバルトの代わりに塩化鉄（ＦｅＣ１ｚ）０．００
７ｇを用いる以外は実施例１と同様の方法で窒化アルミ
ニウムウィスカーを合成した。

得られた窒化アルミニウムウィスカーは、直径１．０μ
ｍ、アスペクト比１００程度の直線状のウィスカーであ
り、粒粉秋分は７％以下であった。

また、酸素濃度１．２！、　Ｆｅ　１１００ｐｐ　、　
Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｃｒ。

Ｃａなどの他の重金属不純物量は５０ｐｐｍ以下であっ
た。

比較例　１゜ １５０　Ｊｙシュ以下のシリカゲル６０ｇを塩化コバル
ト（ＣｏＣ１□）０．１ｇを含む水溶液に浸漬し、充分
に浸透したのち加熱乾燥し、アルミニウム分に対するＣ
ｏ元素ｉｏ、２４重量％のシリカゲルを調製した。

上記シリカゲルに実施例１で使用したカーボンブラック
４０ｇを混合し、これを実施例１と同様の結晶化条件で
窒化アルミニウムウィスカーの合成を行なった。

得られた窒化アルミニウムウィスカー中には、未反応の
Ａ　ｆｆｉ　２０３が１０２もあり、粒粉秋分は３０χ
と多かった。

特許出願人　三菱瓦斯化学株式会社 代理人（９０７０）弁理士　小堀真文

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウムのアルコキシドに遷移金属またはそ
   の化合物を添加して加水分解し、得られた遷移金属元素
   含有加水分解生成物と炭素源とを混合後、水素を含む窒
   素雰囲気中において加熱処理することを特徴とする窒化
   アルミニウムウィスカーの製造法。
2. （２）遷移金属またはその化合物が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ
   、Ｃｒの金属またはそれらの化合物から選択され、加水
   分解生成物中のアルミニウム分に対し遷移金属元素の量
   として０．００２〜０．５重量％になるように調製する
   請求項第１項記載の窒化アルミニウムウィスカーの製造
   法。
3. （３）水素を含む窒素雰囲気が、水素５０％以下を含む
   窒素ガスと水素ガスの混合気流である請求項第１項記載
   の窒化アルミニウムウィスカーの製造法。