JPH02102169A - ムライト組成物 - 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、ムライト組成物に関するものである。

【発明の背景】

ムライトは３＾ｌ、０．・２ＳｉＯｚ（＾１２ｓｓ／５
ｉｆｔモル比；１．５）で示されるケイ酸アルミニウム
であるが、ジェイ・ニス・バスタ（Ｊ、＾、Ｐａ５ｋ）
の研究論文（ＣｅｒａｍｉｃＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ、９　（４）、１０７〜１１３（１９８３））による
と＾１，０り／Ｓｉｎ、のモル比が１．５ないし２．８
７の範囲でアルミナと固溶体を形成している。 そして、このムライトは、従来より、化学工業磁器や耐
火物に利用されてきたが、近年は低熱膨張率、低誘電率
さらには機械的性質の高温における安定性や耐熱衝撃性
に優れていることから、アルミナを凌ぐ電子材料用セラ
ミックス（ＩＣ基板あるいはパッケージ）として、又、
窒化ケイ素、炭化ケイ素と共に高温構造材料用セラミッ
クスとして有望視されている。 ところで、ムライトは、従来、カオリナイト（＾１，０
３・Ｓｉｎ、・Ｈ２Ｏ）とアルミナとの混合物、又はア
ルミナとシリカとの混合物を粉砕、焼成して製造されて
きた。しかしながら、この場合、アルミナとシリカとの
均一混合や微粉砕が難しい為、アルミナとシリカとの反
応速度が遅くなり、高密度焼結体を得るのに１７００℃
以上の高温で長時間焼成する必要があり、又、遊離のシ
リカ（クリストバライト）が残留して高温特性を劣化さ
せたりする問題点がある。 そこで、近年、微細構造が制御され、しかも物理的特性
の優れたセラミックスを高純度で微細な粉末から製造し
ようとする研究が行なわれ、例えばアルミニウム・ｎ−
ブトキシドやテトラエトキシシラノール等の高価なアル
ミニウムやシリコンのアルコキシド化合物から高純度ム
ライト微粉末を合成する方法が開発されるに至った。 しかし、この方法は、 ■　ムライト粉末中に炭素が残留し、これが高密度化を
妨げる、 ■　少量の製品を得るのに、高価な有機質原料を比較的
多量に使用する、 ■　共沈物の＾ｌ／Ｓｉ比率を正確に制御することが難
しい、 ■　各工程に長時間を要する 等の問題点があって、経済的に優れた工業的製法とは言
えなｔ）。 この問題点を解決する為、ゾル−ゲル法について本発明
者は鋭意研究を進めていった結果、ベーマイトゾルと非
晶質シリカ水中分散液を＾１２０３／５ｉｆｔのモル比
が１．５以上になるように混合し、この混合液をｐＨが
３以下になるまで濃縮して生成したゲルを、乾燥、粉砕
、加熱することにより優れた高純度ムライト質粉末の製
造に成功し、これを提案（特開昭６１−２８１０１３号
公報）した。 しかしながら、この提案による高純度ムライト質粉末を
焼成して優れた特性の焼結体を得るには、１６５０℃以
上の温度で焼成しなければならず、すなわち焼成温度が
１６５０℃以上でなければ理論密度の９８％以上といっ
な緻密な焼結体は得られにくいといった問題が残されて
いた。 ところで、焼成温度が１６００℃以下で理論密度が９８
％以上の緻密な焼結体が得られるのであれば、従来のア
ルミナ焼成炉を利用でき、かつ、炉材の寿命も伸びるこ
とから、焼成温度を低くすることが望まれるに至った。 そこで、この焼成温度を低くする為の一方法としてムラ
イト粉末をサブミクロンまで微粉砕することが考えられ
るが、この粉砕の手段はエネルギー消費が大きく、又、
メディア（媒体）よりの汚染が認められることから、こ
の粉砕手段は決して好ましいものではない。 又、焼成温度を低くする為の他の方法として、いわゆる
焼結助剤を用いる方法が考えられる。 ところが、焼結助剤を用いる方法をムライトに適用する
場合は良くない結果に終わるであろうと考えられた。す
なわち、焼結助剤を用いて焼成温度を低くしようとする
と、焼結助剤の添加量が少なすぎては効果が乏しいこと
から、ある程度の量を用いざるを得す、これでは高純度
のムライト粉末が得られなく、その結果焼結体の性能低
下は避けられなくなるであろうと考えられたからである
。 因に、ムライトに対してＦｅ＊Ｏｓ　、Ｃｒ＊Ｏｓ　、
Ｔｉ０ｚ　。 Ｈａｗｋ、に、０を用いた場合には、予想通り物理的特
性の低下は避けられなかった。

【発明の開示】

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたちのであり、
その第１の目的は、比較的低温で焼結体が得られるムラ
イト組成物を提供することである。 又、本発明の第２の目的は、比較的低温で焼成したにも
かかわらず、高密度で物理的特性の低下がほとんど無い
焼結体が得られるムライト組成物を提供することである
。 上記本発明の目的は、結晶質ムライトとアルカリ土類金
属の酸化物とを含むことを特徴とするムライト組成物に
よって達成される。 尚、上記のムライト組成物において、結晶質ムライトの
みが生成する＾ｌｘ’ｓ／５ｉｆ２のモル比は１．３７
〜１．７６であることが望ましく、又、例えば１４．０
、ＣａＯ１ＳｒＯあるいはＢａＯ等のアルカリ土類金属
の酸化物の含有Ｉは、物理的特性の低下がほとんど無い
約３重量％以下であることが望ましく、又、ムライト組
成物は、高密度焼結体が得られる約０．５〜５μ−の粉
末であるものが望ましい。 ところで、本発明では、ムライトの製造に際しては、反
応活性の高いベーマイトゾル（γ−＾１００１１）を用
いることが望ましい、すなわち、通常のジプサイト（＾
１２０３・３］１□０）からなるアルミナゾルではジブ
サイトが安定な構造をとる為、シリカ成分との反応性が
低く、極めて高温度に長時間保持しても未反応のシリカ
やアルミナが残在し、高純度のムライトが得られにくい
からである。 このベーマイトゾルは、ベーマイトの水中分散液を８０
℃以上に加熱しながら硝酸、塩酸等の無機酸や酢酸、ギ
酸等の有機酸を３ｉＩ量加えて、解膠することによって
得られる。又、スピネル型欠陥構造をとり活性度の高い
γ−アルミナを前記の酸で解膠することによっても、反
応活性の高いベーマイトゾルを得ることが出来る。 非晶質シリカについては特には限定しないが、反応活性
が高いコロイダルシリカ（シリカゾル）やシリカ微粒子
が好ましい、コロイダルシリカはシリカの超微粒子が水
中に分散しているコロイド溶液で、シリカ微粒子には、
例えば湿式法で製造されるホワイトカーボンや乾式法の
ヒユームドシリカがある。 これらのベーマイトゾルと非晶質シリカ水中分散液をＡ
ｌ２（ｈ／５ｉＯｔのモル比が１．３７〜１．７６の比
率に混合し、この混合液のｐｉを３以下になるまで加熱
等により濃縮することが好ましい。 尚、混合液のｐｌ＋を３以下に限定した理由は、この範
囲において生成するゲル組成が化学量論的に均質になる
と共に、ゲル容積が極小となって取り扱い易くなるから
である。 そして、このようにして生成したムライト（質）組成の
ゲルを１００℃以上の温度で乾燥してから、大気雰囲気
中で仮焼した後、ボールミルや撹拌ミル等の粉砕装置で
コンタミネーションに留意しながら微粉砕することによ
って、高純度ムライト粉末が得られる。 アルカリ土類金属の酸化物をムライト粉末中に含有せし
める方法としては幾つかの方法があり、例えば高純度ム
ライト粉末とアルカリ土類金属の酸化物の粉末又は／及
び溶液（ゾル）をボールミル、アトリッションミル、ジ
ェットミル等を用いて乾式法あるいは湿式法で混合する
方法、又はムライトゾルとアルカリ土類金属の酸化物ゾ
ルを混合後ゲル化させるゾル−ゲル法等があり、本発明
においてはこれらの方法に限定されるものではないが、
ミクロレベルで均一に混合するにはゾル−ゲル法を採用
することが好ましい。 このゾル−ゲル法によるアルカリ土類金属の酸化物をム
ライト組成物中に含有させる方法を簡単に述べると、次
の通りである。 すなわち、上記のようにして得たムライトゾルに、例え
ばマグネシウム塩（例えばハライド、ニトレート、アセ
テート等）を水に溶かし、さらに尿素やヘキサメチレン
テトラミンあるいはヒドラジンのようなゲル化剤を加え
て調整したマグネシアゾルを加える。 そして、ＭＦＩＯのようなアルカリ土類金属の酸化物を
含む均質なムライトゾル組成物を得、これをオーブンで
乾燥し、ゲルさせた後乾燥する。 この乾燥ゲルをボールミルで粉砕し、そして１２５０℃
以上の温度で仮焼する。 そして、この仮焼物をボールミル又はアトリッションミ
ルで粉砕してＭｇＯのようなアルカリ土類金属の酸化物
含有ムライト粉末を得る。 このようにして得られたＭｇＯを例えば０．０１〜３重
量％含むムライト粉末をｔｅｏｏ”ｃで３時間焼成する
と、この焼結体は理論密度の９８％以上のものであった
。 尚、８．０を含ませないで同一条件で焼成した焼結体は
理論密度の９４％であるにすぎない。

【実施例】

市販のγ−アルミナ（昭和軽金属社製）を８０℃以上で
水和させてから塩酸を適量加えて生成したベーマイトゾ
ルに、コロイダルシリカ（日本シリカニ業社製）の水中
分散液を＾１ｘ（ｈ／ＳｉＯ□のモル比が１．５になる
ように加え、ムライトゾルを得る。 次に、ムライト１００重量部に対してＭｇＯが０．０１
〜１重量部の割合となるよう上記のムライトゾルに塩化
マグネシウム水溶液にヘキサメチレンテトラミンを加え
て得たマグネシアゾルを混合し、高速ブレンダーで充分
に混合分散させ、ゲル化後１２０℃で１５時間乾燥させ
る。 このようにして得た混合ゲルを１３００℃で１時間仮焼
し、この仮焼物を平均粒径が約１．４〜１．５μ輪の粒
子となるようにアトリッションミルで湿式粉砕する。 その後、このスラリーを１００℃で乾燥し、ペレットに
して１５００〜１６５０℃で３時間焼成した。 そして、この焼結体の焼結密度を水中置換法（アルキメ
デス法）にて測定したので、その結果を表１に示す。 又、ＭｇＯをムライト扮末１００重量部に対して０．１
重量部添加し、１５５０℃で３時間焼成した焼結体の緒
特性を表２に示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶質ムライトとアルカリ土類金属の酸化物とを
   含むことを特徴とするムライト組成物。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のムライト組成物にお
   いて、結晶質ムライトのＡｌ＿２Ｏ＿３／ＳｉＯ＿２の
   モル比が１．３７〜１．７６であるもの。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載のムライト組成物にお
   いて、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が約３重量％
   以下であるもの。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載のムライト組成物にお
   いて、ムライト組成物が約０．５〜５μｍの粉末である
   もの。