JPH03193621A - ムライトの前駆体、粉末及び焼結体の製造法 - 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、酸性アルミニウム化合物水溶液とケイ酸ナト
リウム水溶液とを原料とするムライト前駆体、ムライト
粉末及びムライト焼結体の製造方法に関するものである
。

本発明で言う「ムライト前駆体」とは、焼成によりムラ
イト粉末となるものを、又「ムライト粉末」とは、焼成
によりムライト焼結体となるもの即ち３ＡＩ□０．・２
Ｓｉ０２で表されるもののみならず、Ａ１□０３／３１
０２重全０３６５／３５〜８０／２０のものをいう。

［従来の技術］ 安価な原料、例えば、酸性アルミニウム化合物とケイ酸
ナトリウムとを原料としてムライト粉末を製造する方法
は特開昭６３−１０３８１６号公報で開示されている。

ここで開示された方法は、上記両原料の均一混合水溶液
をアルカリで中和してムライト前駆体を生成させる方法
である。しかし、これら原料の均一混合水溶液を中和す
るこのような方法では、酸性アルミニウム化合物とケイ
酸ナトリウムの均一混合水溶液が不安定なものであるの
で、ミクロ的レベルでのＡＩ／　Ｓｉ比の均一なムライ
ト前駆体を得ることが困難である。ここで言うミクロ的
レベルのＡＩ／　Ｓｉ比とは、例えば、Ｘ線マイクロア
ナライザー（ＸＭＡ）等によって測定される数μｌ×数
μ−程度の面積におけるＡ１７８１比のことである。ミ
クロ的レベルでのＡＩ／　Ｓｉ比の不均一なムライト前
駆体を焼成してムライト粉末を得、この粉末を用いて成
形し焼成してムライト焼結体を製造すると、Ａｌ／　Ｓ
ｌ比の不均一性がそのまま焼結体特性に反映され、焼結
体中に、化学組成から推定される２以上のガラス相が焼
結途中で形成され、製品焼結体の強度低下及び耐クリー
プ性低下の原因となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、この安価な酸性アルミニウム化合物と
ケイ酸ナトリウムとを出発原料と、して使用し、しかも
なお前記したような従来の方法で得たものよりミクロ的
レベルのＡｌ／　Ｓｉ比の不均一性の少ないムライト前
駆体を、又これを用いて強度などの優れた焼結体とする
ことの出来るムライト粉末を、更に、強度などの優れた
ムライト焼結体を製造する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意研究を行な
った結果、酸性アルミニウム化合物水溶液とケイ酸ナト
リウム水溶液を原料としてムライト前駆体を製造する方
法において、酸性アルミニウム化合物水溶液のｐｈをま
ず中和剤等により調節し、次いで、この水溶液に、ケイ
酸ナトリウム水溶液を供給してこれら成分を混合するこ
とにより、従来方法より、ミクロ的レベルでのＡＩ／　
Ｓｉ比の不均一性の少ないムライト前駆体が得られ、こ
のものを焼成して得たムライト粉末を成形し焼成すると
、強度などの優れたムライト焼結体が得られることを見
い出し、本発明を完成した。以下、本発明を更に詳細に
説明する。

本発明で用いる酸性アルミニウム化合物水溶液とケイ酸
ナトリウム水溶液の両原料液とも、低濃度のものほど生
成物のＡＩ／Ｓｔ比を均一にすることが容易であるが、
この濃度が必要以上に薄すぎると生産性が低くなるので
、両原料液とも０．１〜１０１Ｗｏｉ／ｉの濃度範囲の
ものを使用するのが好ましい。

本発明ではまず、酸性アルミニウム化合物水溶液のｐｌ
＋の調節を行う事が必須であるが、この調節は前記水溶
液に中和剤を添加することにより行なうことが出来る。

このような、水溶液のｐＨ調節によりＡＩを含む生成物
を含有する水溶液を得る。この際の水溶液のｐＨは３〜
８にするのが好ましい。

これは、前記生成物含有の水溶液にケイ酸ナトリウム水
溶液を添加した後の系のｐＨ調節（ｐＨ−４〜９）をよ
り容易とするためである。

このｐＨの調節は、原料以外の通常の中和剤、例えば、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、
アンモニア水、尿素等の水溶液を用いて行なうことがで
きる。これら中和剤水溶液の濃度は、低いほど系内のｐ
Ｈ分布を均一とすることが出来るが、生産性を考慮すれ
ばこの濃度は０．０１〜１０ｓｏｊ　／　ｉの範囲から
選ぶのがよい。又、前記中和処理の際の温度は０〜１０
０℃で良いが、６０℃以上で行うと、生成したＡ１とＳ
ｉを含む沈澱生成物の濾過性が良好となるので好ましい
。本発明では、反応系の生成物の組成を均一にするため
に撹拌下で中和を行なうことが好ましい。又、微細で均
一な沈澱生成物を得るため好ましくは、中和終了後１時
間以上撹拌を継続するのがよい。

本発明で、酸性アルミニウム化合物水溶液としては硫酸
アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム等
の水溶液が用いられる。

酸性アルミニウム化合物水溶液のｐＨ調節により得た水
溶液に、前記した濃度のケイ酸ナトリウム水溶液を添加
して混合液とするが、ここで用いる全酸性アルミニウム
化合物水溶液と全ケイ酸ナトリウム水溶液との使用割合
は、Ａ１□０．／８１０２換算重量比で６５７３０〜８
０／２０となる量である。又、この際も反応系の組成を
均一にするために撹拌下でこれらを混合することが好ま
しい。

前記混合溶液のｐＨは４〜９に保つことが好ましく、よ
り好ましくは４．５〜８に保つことである。

この際のｐＨが高すぎると、先に生成したＡＩを含む沈
澱が溶解する恐れがあるからである。

ここでのｐＨ調節は、本発明で限定した方法で酸性アル
ミニウム化合物水溶液及びケイ酸ナトリウム水溶７ｔｌ
を混合に供すれば、特別の手段を講することなく前記ｐ
１１の範囲とすることが出来るが、通常の酸、アルカリ
を用いて前記ｐＨ調節を行うこともできる。

又、前記混合の際の温度は０〜１００　℃で良く、６０
℃以上で行うことが前記したと同様の理由でより好まし
い。

以上のようにして得られた混合溶液を撹拌し続けること
によって、Ｓｆを含む微細な沈澱生成物が、又、系全体
としては、八１、Ｓｌを含む微細で均一な沈澱生成物を
得る。Ｓｔを含む生成物の析出を完全にするために、ま
た沈殿生成物のＡｌ／Ｓｉ比の均一性を保つためにも、
混合終了後１時間以上反応系の撹拌を継続することが好
ましい。

このようにして得られた沈澱生成物を反応系から分離し
、洗浄し、乾燥することにより、ミクロ的レベルでのＡ
ｌ／　Ｓｉ比のばらつきが極めて小さいムライト前駆体
を得る。

ここでの洗浄は、主として中和に使用したアルカリを除
くために行うものであり、その効率を上げるために温水
で洗浄するのが好ましい。洗浄は、ムライト前駆体中の
不純物が、ムライト前駆体中のＡＩおよびＳｔをＡ１□
０．および５Ｉｏ２に換算したものの合計のＯ，ｈｔ％
以下になるまで行うのが好ましく、更に０．０ｈｔ％以
下になるまで洗浄するのがより好ましい。

又、前記洗浄物の乾燥は、オーブン、スプレードライヤ
ー等により、５０〜２００　”Ｃ特に１５０〜２００℃
の大気中で含水率が３０ｖｔ％程度以下になるように行
なうことが好ましい。

上記の乾燥したムライト前駆体又はそれを粉砕したもの
を、大気中１０００’Ｃ〜１６００’Ｃで焼成すること
により、このムライト前駆体よりもさらにＡｌ／Ｓｉ比
のばらつきの小さいムライト粉末が得られる。

前記ムライト粉末を、通常は成形し、好ましくは粉砕を
行った後成形し、１．５００’Ｃ〜１８００’Ｃで焼成
することによりＡｔ／　Ｓｉ比のばらつきが極めて小さ
いムライト焼結体が得られる。

本発明のムライト前駆体の製造方法により、ミクロ的レ
ベルで均一な組成のムライト前駆体が得られる理由は必
ずしも明らかでないが、酸性アルミニウム化合物水溶液
を中和し得られたＡＩを含む微細な沈澱含有水溶液とケ
イ酸ナトリウム水溶液を混合することにより、反応系が
Ａ１、Ｓｔの均一な水溶液となっており、そこにゲル化
に時間を要するＳｔを含む沈澱が一定時間撹拌保持する
ことにより微細なＡＩを含む沈澱の上に析出するという
過程を経ることによるものと推定される。

一方、従来方法のように酸性アルミニウム化合物水溶液
とケイ酸ナトリウム水溶液の混合液を中和すると、Ｓｉ
の析出前に混合液のｐｌ＋が高くなり又は部分的に高く
なることがあるので、Ｓｉを含む沈澱物の析出前に粗大
なＡＩを含む沈澱物が析出し、ミクロ的レベルで均一な
組成とはなりに＜＜、又、Ｓｔの全量が沈澱するのをま
たずに中和すると、粗大なＡＩまたはＳｌのみからなる
粒子の生成が避けられないので、本発明による場合に比
べてミクロ的レベルで不均一なものになりやすいものと
考えられる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、安価
な原料を使用し、従来技術では出来なかったミクロ的レ
ベルのＡｌ／　Ｓｉ比の均一性の極めて高いムライト前
駆体が得られる。例えば、従来法ではＡｌ２０３　／　
５Ｉ０２換算重量比７２７２８で合成した場合、ムライ
ト前駆体中のミクロ的レベルのＡ１１Ｓｊ比はＡｌ２０
３　／５１０ｚ換算重量比で［１５７３５〜８０／２０
ぐらいの幅となるのに対して、本発明では７０／３０〜
７４／２０程度とすることができる。

また、これを焼成して得られるムライト粉末を成形し焼
成すると強度などの優れたムライト焼結体を製造するこ
とができる。

本発明で得られたムライト焼結体は高温用のエンジニア
リングセラミックス、セラミック基板として好適に使用
することができる。

［実施例］ 実施例１〜３ 濃度ＬｍｏＪ！　／　Ｊ！の硫酸アルミニウム水溶液１
．５１を表１に示した温度に保持し撹拌しながら、濃度
４ｍｏｉ　／　ｉの水酸化ナトリウム水溶液１．８ｉを
１８分間かけて一定速度で供給した。この際、水溶液の
ｐ＋＋が２．７から４．５まで上昇し、ＡＩを含む沈殿
生成物を含有する水溶液を得た。得られた沈澱含有水溶
液に１ｍｏＩｌ／　ｉのケイ酸ナトリウム水溶液を、Ａ
Ｉ２０３　／５ｉ０２換算重量比７２７２８のムライト
組成になるように、即ちこの水溶ｄ　１．ｉ！を１０分
間かけて一定流量で供給しくいずれの例でも、系のｐｌ
＋は、４．５から６に上昇した）、反応温度に保ったま
ま、表１に示した時間撹拌保持し、固液分離し洗浄して
得られた沈澱物を１８０℃で２４時間静置乾燥し、ムラ
イト前駆体を得た。これを奈良式自由粉砕機で粒径１０
〜５０μｍに解砕した。いずれの例でも、収率は、約９
０％であった。このムライト前駆体の粒子の約１０ＸＩ
Ｏμｍの面積のＸＭＡ組成分析結果を表１に示す。

比較例１ 濃度１ｍｏ、ｅ　／　Ｒの硫酸アルミニウム水溶液１．
５ｋを表１に示した温度に保持し撹拌しながら、濃度１
ｍｏｆ　／　１のケイ酸ナトリウム水溶液をＡＩ２０３
　／Ｓｌ　　０２換算重量比７２／２８のムライト組成
になるように、即ち、この液の１．０ｉを１０分間かけ
て一定流量で供給し、得られた混合溶液に撹拌下ただち
に４ｔｎｏ１　／　１の水酸化ナトリウム水溶液１．８
ｋを１８分間かけて供給し、得られた沈澱物を分離洗浄
し１８０℃で２４時間静置乾燥し、ムライト前駆体を得
た。これを奈良式自由粉砕機で粒径ｌＯ〜５０μｍに解
砕した。このムライト前駆体の粒子の約１０ＸＩＯμｍ
の面積のＸＨＡ組成分析結果を表１に示す。

実施例４及び比較例２ 実施例１および比較例１で得られたムライト前駆体を１
４５０℃で焼成し、ムライト粉末を得、エタノール中で
湿式粉砕し、平均粒径的１μｍの粒度のものとした。

このムライト粉末を５７＋ｎ＋ｎ　ｘ　３４ｍｍ　Ｘ約
５１に成形しｌＢ５０℃で焼成し、ムライト焼結体を得
た。得られた焼結体から、３ｍｍ　Ｘ４ｎ＋ｍ　Ｘ約４
０ｎｍの試験片を切り出した。この試験片の３点曲げ強
度をＪＩＳ　Ｒ１６０１に規定された方法によって測定
した。この結果を表２に示す。

表１ 温度 時間 Ａ１２０３　／５ｉ０２ 換算重量比 実施例１ ７１．５／２８．５ ７１．８／２８．２ ７２゜１／２７．９ ７２．８／２７．２ ７３．８／２６．２ 実施例２ ６７．３／３２．７ ６９．２／３０．８ ７１．５／２８．５ ７２．７／２７．３ ７５．５／２４．５ 実施例３ ６８．４／３１．ｌ１ｉ ６８．９／３１．１ ７１．２／２８．８ ７３．８／２６．２ ７５．２／２４．８ （表１のつづき） 比較例１ ０ ６４．６／３５．４ Ｂ７．８７３２．２ ７０．６／２９．４ ７５．２７２４．８ 実施例４ ３ 比較例２ ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｐｈ調節した酸性アルミニウム化合物水溶液に、ケ
   イ酸ナトリウム水溶液を供給してこれらを混合すること
   を特徴とするムライト前駆体の製造法。 ２）Ｐｈ調節した酸性アルミニウム化合物水溶液に、ケ
   イ酸ナトリウム水溶液を供給して得たムライト前駆体を
   １０００℃〜１６００℃で焼成することを特徴とするム
   ライト粉末の製造法。 ３）Ｐｈ調節した酸性アルミニウム化合物水溶液に、ケ
   イ酸ナトリウム水溶液を供給して得たムライト前駆体を
   １０００℃〜１６００℃で焼成し、得られたムライト粉
   末を１５００℃〜１８００℃で焼成することを特徴とす
   るムライト焼結体の製方法。