JPH01308899A - マグネシアウィスカーの製造方法 - 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］ 本発明はマグネシアウィスカーの製造方法に係り、特に
エンジニャリングセラミックス分野、とりわけ高温、高
強度が要求される部品やＷＲＰ。

ＷＲＭ、ＷＲＣ並びに電気絶縁性や高周波特性を要求さ
れる材料等への補強剤として混合使用されるマグネシア
ウィスカーの製造方法に関する。

［従来の技術］ 近年、宇宙開発技術等の進展により、耐熱高強度の無機
ｕａ維が開発され、今日、Ａｆ１２０ｚ、Ｃ，ＳｉＣ，
Ｓｉ３Ｎ４、ＡｆＬＮ等のウィスカーが複合材料や耐火
、断熱材料の構成材料として利用されつつある。また、
マグネシアウィスカーについても、検討が進められてい
る。

ウィスカーは、細い繊維状単結晶で、ひげ結晶ともいわ
れる。ウィスカーの特徴は、細いほど結晶の欠陥（転位
など）が非常に少ないことで、螺旋転位の存在ではよじ
れが起きたり、弾性限界が低かったりすることで結晶の
完全性が検出できる。従って、大きな強度をもつことに
なり、このため各種複合材料における繊維強化材として
極めて有効である。

従来、マグネシアウィスカーの製造方法としては、次の
■、■の方法が提案されている。

■　マグネシウム塩類とハロゲン化合物類とをモル比０
．５〜５．０の範囲に混合し、これを６５０〜９００℃
で加熱して溶融塩を形成させる第一工程と、該溶融塩を
７００〜９００℃で焼成してウィスカーを生成させ、こ
れを洗浄分離する第二工程とからなる方法（特願昭６１
−３１４８０４号）。

■　８０％以上のＭｇＯを含有する各種マグネシウム粗
鉱原料を鉱酸（硫酸、塩酸、硝酸）で溶解してマグネシ
ウムの鉱酸塩の粗製液を調整する第一工程と、該粗製液
にアルカリ（水酸化アンモニウム、苛性ソーダ）を添加
して不純物を沈澱除去する第二工程と、次いで反応液を
オー′トクレイプに挿入し、酸素を導入して密閉後１０
〜１５ｋｇ／ｃｒｎ’で高温高圧養生する第三工程と、
更に高温高圧養生された生成物を洗浄脱水する第四工程
と、脱水生成物を１１００〜１２００℃で焼成して繊維
状物を形成させる第五工程とからなる方法（特開昭６１
−２６５１１号）。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のマグネシアウィスカーの製造方法のうち、■
の方法では、前処理として溶融塩を生成する工程が必要
であり、この前処理工程に長時間を要し、また、この前
処理工程は手間の掛かるものである。この溶融塩を生成
せずに、ＭｇＣＪ１２・　６Ｈ２０，ＫＭｇＣｊ２３　
・　６Ｈ２０゜Ｍ　ｇ　Ｓ　Ｏ４・７Ｈ２０等を原料と
して直接熱処理した場合には、後述の比較例１の第２図
で示すように、ショットばかりが生成して、ウィスカー
の回収は殆どできない。また、原料として用いるマグネ
シウム塩の無水物を用いた場合にはウィスカーを製造し
得るが、マグネシウム塩の無水物は高価であることから
、工業的生産には不適当である。

一方、■の方法では、煩雑な製造工程と高温高圧養生す
るためのオートフレイブを必要とし、工程面、設備面か
らも製品が高価とならざるを得ないという欠点を有する
。

本発明は上記従来の問題点を解消し、煩雑な工程を必要
とせずに、低コストで効率的に高特性のマグネシアウィ
スカーを製造する方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 本発明のマグネシアウィスカーの製造方法は、結晶水を
有するマグネシウム塩とハロゲン化合物との混合物を、
乾燥雰囲気にて５５０℃以下の該マグネシウム塩の脱水
温度域で０．２時間以上保持した後、水蒸気含有雰囲気
にて６００℃以上で焼成することを特徴とする。

即ち、本発明者らは、煩雑な工程を必要とせず、安価な
マグネシアウィスカーを提供すべく、鋭意研究を行なっ
た結果、結晶水を持つマグネシウム塩を原料をし、特定
の条件にて脱水、焼成することにより、１つの炉で直接
、高収率にマグネシアウィスカーを製造することができ
ることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明につき詳細に説明する。

本発明においては、まず、結晶水を有するマグネシウム
塩とハロゲン化合物との混合物を調製する。

原料として用いる結晶水を有するマグネシウム塩として
は、ＭｇＣｆＬ２・６Ｈ２０、Ｋ　Ｍ　ｇ　ＣＩｔ　＊
・６Ｈ２０、Ｍ　ｇ　Ｓ　Ｏ４・７Ｈ２０等が挙げられ
（なお、硝酸塩など他の無機塩でも良い。）、これらは
１種単独であるいは２種以上併用して用いることができ
る。本発明においては、特にＭ　ｇ　ＣＩｔ　２　・６
Ｈ２０が有効である。

一方、ハロゲン化合物としては、カリウム、ナトリウム
、リチウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土
類金属のハロゲン化物とりわけ塩化物が挙げられ、特に
塩化カリウムが有効である。ハロゲン化合物についても
１種のみであるいは２種以上併用して用いることができ
る。

このようなマグネシム塩とハロゲン化合物との混合割合
は特に制限はないが、一般にはマグネシウム塩に対する
ハロゲン化合物のモル比が０．　５〜２．０の範囲とな
るように調合するのが好適である。

得られた混合物は、乾燥雰囲気にて５５０℃以下の該マ
グネシウム塩の脱水温度域に０．２時間以上、好ましく
は０．５〜５時間加熱した後、水蒸気雰囲気にて６００
℃以上、好ましくは７００〜９５０℃で焼成する。具体
的には該混合物を耐熱容器に入れて管状霊囲気炉に挿入
し、乾燥空気を３〜７ｘｌＯ−’ｍ／ｓｅｃの速度で流
通しながら、常温からマグネシウム塩の脱水温度、通常
は２００〜５００℃まで２〜ｂ 昇温し、該脱水温度２００〜５００℃で０．２時間以上
、静置加熱する。脱水反応終了後、乾燥空気と共に水蒸
気をｏ、ｏｏｉ〜０．０１モル／Ｌの）１度で流通させ
ながら、上記昇温速度で６００℃以上まで昇温し、所定
の温度で好ましくは０．５〜５時間、特に好ましくは２
時間以上加熱する。

このような水蒸気含有雰囲気における加熱により、マグ
ネシアウィスカーは反応容器壁面等に成長し、排気口か
らは塩化水素含有ガスが排出される。

反応容器壁面に成長したマグネシアウィスカーは、未反
応のマグネシウム塩やハロゲン化合物、その他未成長の
酸化マグネシウム等の不純物が付看しているため、これ
を水で洗浄し沈降分離することにより精製する。即ち、
水洗浄により、マグネシウム塩やハロゲン化合物は水に
溶解し１、また、未成長の酸化マグネシウム等の不純物
等は沈降する。そして、マグネシアウィスカーは上層部
に浮遊するため、これを回収することにより容易に高純
度のマグネシアウィスカーを得ることができる。

本発明の方法により製造されるマグネジアクイスカーの
繊維長等は加熱条件等によっても異なるが、一般には、
繊維長３０〜２０００μｍ程度のものが安定かつ安価に
製造される。

［作用］ 本発明の方法によるマグネシアウィスカーの生成、成長
のメカニズムの詳細は明らかにされてはいないが、次の
ようなことが推測される。

即ち、まず結晶水を有するマグネシウム塩とハロゲン化
合物との混合物、例えばＭｇＣＪ２２・６Ｈ２０とＫＣ
ｕ２とを、５５０℃以下の該マグネシウム塩の脱水温度
域例えば２００〜５００℃に乾燥空気を流通させながら
０．２時間以上加熱すると、ＭｇＣＪ：ｔ２・６Ｈ２０
とＫＣｕ２．とはＭｇＣＪＺ２・ＫＣｕ２に転する。そ
して、このＭ　ｇＣｆｌ、　２　・ＫＣｊｌＬを更に水
蒸気含有雰囲気にて６００℃以上に加熱することにより
、Ｍ　ｇ　ＣＩｔ　２・ＫＣｆｌは反応容器壁面に表面
張力等によって上昇し、反応容器外壁へと流出し、初期
の流出物が種結晶となり、この流出物が連続的に進行し
て長いウィスカーへと成長する。

［実施例コ 以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例１〜７ Ｍｇ（：Ｉ１２・６Ｈ２０とＫＣｕ　（共に和光純薬社
製特級試薬）とを、第１表に示すモル比となるように調
合し、得られた調合原料を容量４℃の石英製坩堝に仕込
み、これをガス挿入設備を具備した３００ｍｍφｘ１８
００ｍｍＡの管状雰囲気炉に入れ、乾燥空気を５　ｘ　
１０−３ｍ／ｓ　ｅ　ｃの速度で流通しながら、常温か
ら第１表に示す脱水処理温度まで４℃／　ｍ　ｉ　ｎの
速度で昇温し、該温度に第１表に示す時間保持した。次
いで、乾燥空気と共に水蒸気を０．００５モル／１の濃
度で流通させながら、４℃／　ｍ　ｉ　ｎの昇温速度で
８５０℃まで昇温し、８５０℃で４時間焼成し、マグネ
シアウィスカーを析出、成長させた。次いで、生成物を
水で洗浄し、不純物を分解して、純粋な針状に成長した
マグネシアウィスカーを得た。

得られたマグネシアウィスカーについて、Ｘ線回折分析
、電子線回折分析を行なった結果、Ｘ線回折ではＭｇＯ
のピークのみであり、また電子線回折では入射電子線と
幾何学的相関を有する回折写真が認められたことから、
このウィスカーの結晶はＭｇＯ車結晶であることが確認
された。

得られたウィスカーの平均繊維長を第１表に示す。また
、繊維長３００μｍと長く、良好なウィスカーが得られ
た実施例５のウィスカーの電子顕微鏡（Ｓ　Ｅ　Ｍ　）
写真（５００倍）を第１図に示す。

比較例１ 脱水処理を行なわなかったこと以外は、実施例１と同様
にしてマグネシアウィスカーの製造を試みた。即ち、Ｍ
ｇＣｌ２２・６Ｈ２０とＫＣｆとの調合原料を管状雰囲
気炉に入れ、まず８５０℃まで昇温した後、直ちに水蒸
気含有空気を流通させ、この状態を４時間維持した。し
かしながら、ウィスカーは全く生成しなかった。

比較例２ 実施例１と同じＭｇＣｊ！２・６Ｈ２０とＫＣｊ２との
調合原料を管状雰囲気炉に入れ、まず８５０℃にまで昇
温した後、乾燥空気を１時間流通させた。引き続いて、
流通τ囲気を水蒸気含有雰囲気とし、この状態に４時間
維持した。その他の条件は実施例１と同じにしてマグネ
シアウィスカーの製造を試みた。しかしながら、マグネ
シアウィスカーは全く生成しなかった。

比較例３，４ 比較例２において、８５０℃における乾燥空気の流通時
間を２時間（比較例３）又は３時間（比較例４）とした
こと以外は比較例２と同様にしてマグネシアウィスカー
の製造を試みた。しかしながら、マグネシアウィスカー
は全く生成しなかった。

比較例５ ＭｇＣｌ２・６Ｈ２０の代りに、無水塩化マグネシウム
（ＭｇＣｕ２）を用いたこと以外は比較例２と同様にし
てマグネシアウィスカーの製造を試みた。

その結果、平均繊維長５００μｍのマグネシアウィスカ
ーが得られた。このマグネシアウィスカーのＳＥＭ写真
（５００倍）を第２図に示以上の結果から、本発明の方
法によれば、結晶水を有する安価なマグネシウム塩を用
いて、容易かつ高い生産効率にて、高特性のマグネシア
ウィスカーを製造することができる。

これに対し、脱水処理を行なわない方法（比較例１〜４
）では、ウィスカーを得ることができない。

原料として、無水塩を用いた場合（比較例５）には、脱
水処理を行なわずにウィスカーを得ることができるが、
無水塩は高価であることから、工業的生産には不適当で
ある。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のマグネシアウィスカーの製
造方法によれば、安価な結晶水を有するマグネシウム塩
を用い、原料の脱水、焼成、ウィスカーの生成までの一
連の工程を、例えば１つの管状雰囲気炉を用いて、同一
の生産設備にて簡単な操作で容易に行なうことができ、
しかも、その製造条件も比較的低温かつ短時間である。

従って、本発明の方法は、電力費の低減、省力化、生産
性の向上環に極めて有効で、経済的、工業的有利に安価
なマグネシアウィスカーを提供することが可能とされる
。

本発明の方法により得られるマグネシアウィスカーは良
好な形態を有するため、各種構成材料の諸特性改善のた
めの充填材料として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、各々、実施例５及び比較例５で得
られた生成物の繊維形状を示す電子顕微鏡写真（５００
倍）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶水を有するマグネシウム塩とハロゲン化合物
   との混合物を、乾燥雰囲気にて５５０℃以下の該マグネ
   シウム塩の脱水温度域で０．２時間以上保持した後、水
   蒸気含有雰囲気にて６００℃以上で焼成することを特徴
   とするマグネシアウィスカーの製造方法。