JPH03245835A - 粒子の表面を超微粒子で被覆する方法 - 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、無機材料または金属材料の粒子の表面を無機
材料または金属材料の超微粒子で被覆する方法と、この
方法で得られる無機材料または金属材料の超微粒子で表
面が被覆された無機材料または金属材料の粒子とに関す
る。

無機材料または金属材料の粉体は、これを焼結して電気
絶縁材料、例えば半導体基板、プリント配線基板、各種
電気絶縁部品など、高硬度高精度の機械工作用材料、例
えば切削工具、ダイス、軸受けなど、機能性材料例えば
粒界コンデンサー、温度センサー　ガスセンサーおよび
精密焼結成形用材料などとして使用されているが、本発
明の超微粒子で表面が被覆された粒子は上おした焼結体
を製造するだめの材料として有用なものである。

〔従来の技術〕

無機材料または金属材料の粉体を焼結して焼結成形体を
製造するに当って、焼結温度を低下させることや成形体
の物性を向上させることの目的のために、上おの粉体に
焼結助剤を添加して焼結することはこの技術分野におい
てしばしば行なわれている。

この焼結助剤にはこれ迄に種々のものが用いられている
が、本発明者らはさきに無機材料の粉体に超微粒子化し
た助剤を添加することによって粉体と助剤との反応性を
高め、焼結特性を改良し、得られる焼結成形体の物性を
きわめて向上させうろことを見出して特許出願を行った
（特願昭６３−６８０３７号参照）。

上おした本発明者らの出願した方法は、焼結すべき無機
粉体に別途に製造した超微粒子化した助剤を添加して焼
結成形体を製造するものであって、焼結成分として二成
分を混合して用いるものである。従ってこの方法では二
成分の粒子間の均質な混合が必要であるが、超微粒子化
した助剤は凝集傾向が強いため、高度の分散状態を保ち
つつ二成分の混合を行うに当ってはきわめて慎重な取扱
いを要する他に、別途に調製した二つの成分を別々に用
意する必要がある。

かかる課題解決のために本発明者らは被覆するべき粒子
と超微粒子を一体化すべく研究した結果、気相法によっ
て生成された無機材料または金属材料の超微粒子が含ま
れる流れの中に被覆されるべき無機材料または金属材料
の粒子を導入し、上記の超微粒子と上記の被覆されるべ
き粒子とを流動状態において相互接触させて無機材料ま
たは金属材料の超微粒子で表面が被覆された無機材料ま
たは金属材料の粒子を製造する方法と、同方法によって
得られる無機材料または金属材料の超微粒子で表面が被
覆された無機材料または金属材料の粒子の発明を完成し
て特許出願を行った（特願平１−７５０１６号参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した後者のさきの出願方法では、無機材料または金
属材料の超微粒子で表面が被覆された無機材料または金
属材料の粒子の生成と同時に、この被覆処理工程中にお
いて被覆すべき粒子に完全に付着しなかフた遊離の超微
粒子および遊離の超微粒子の凝集体が生成し、この超微
粒子で表面が被覆された粒子の用途によってはこれら完
全に付着していないものをあらかじめ途去する必要が発
生する。すなわち、例えば砥石用ダイヤモンドの粒子に
バインダーとしてガラスの超微粒子を被覆する場合にお
いて、ダイヤモンド粒子に被覆されたガラスの超微粒子
以外の遊離の超微粒子および遊離の超微粒子の凝集体の
存在を容認すればダイヤモンド粒子を焼結して砥石とす
る場合に強度劣化、性能劣化の原因となる可能性が発生
するのでこれらの遊離の超微粒子および同凝集体をあら
かじめ除去することが要求される。

ところで、上記の方法で無機材料または金属材料を超微
粒子で被覆する場合において、１回の被覆処理では多量
の超微粒子の被覆されるべき粒子への付着は困難であっ
て用いる材料の如何にもよるが、例えばたかだか容積で
数％〜土数％の被覆物量しか得られない。そして被覆物
量を増大させようとすると、遊離超微粒子の生成増加を
招き、このために被覆物量を増大させるためには何回か
の被覆処理を繰返すこ七が必要となる。従って遊離超微
粒子の生成増加を招くことなく簡単な操作で被覆物量を
増大させる技術手段の開発が求められるのである。

〔課題を解決するための手段〕

かかる課題を解決するために本発明者らは鋭意研究した
結果、気相法によって生成された無機材料または金属材
料の超微粒子が含まれる流れの中に被覆されるべき無機
材料または金属材料の粒子を導入し、上記の超微粒子と
上記の被覆されるべき粒子とを流動状態において相互接
触させて無機材料または金属材料の超微粒子で表面が被
覆された無機材料または金属材料の粒子を得る場合に、
被覆されるべき粒子に固着しなかった遊離の超微粒子お
よび遊離の超微粒子の凝集体の他に、被覆されるべき粒
子に付着はしているが付着強度の弱い結合しかしていな
い超微粒子が存在し、そして後者の超微粒子は熱処理に
付することによって被覆されるべき粒子に強固に固着す
ることが見出され、かかる知見を基礎にして本発明が完
成されたのである。

すなわち、本発明は、気相法によって生成された無機材
料または金属材料の超微粒子が含まれる流れの中に被覆
されるべき無機材料または金属材料の粒子を導入し、上
記の超微粒子と上記の被覆されるべき粒子とを流動状態
において接触させて無機材料または金属材料の超微粒子
で表面が被覆された無機材料または金属材料の粒子を生
成させ、被覆されるべき粒子に付着しなかった遊離の超
微粒子および遊離の超微粒子の凝集体を上記の被覆され
た粒子から除去し、得られた超微粒子が固着して表面が
超微粒子で被覆されていると共に、さらに超微粒子を表
面に付着させて有する粒子を熱処理に付してこの表面に
付着した超微粒子を粒子の表面に固着させることを特徴
とする超微粒子で表面が被覆された粒子の製造方法に関
するものである。

本方法によって遊離の超微粒子を含まない、そして超微
粒子の被覆量が大きい、表面が超微粒子で被覆された粒
子を得ることができる。

本発明方法の第一段階の工程である超微粒子による粒子
の被覆工程は、気相法によって生成された無機材料また
は金属材料の超微粒子が含まれる流れの中に被覆される
べき無機材料または金属材料の粒子を導入し、上記の超
微粒子と上記の被覆されるべき粒子とを流動状態におい
て相互接触させることによって行なわれる。すなわちＣ
ＶＤ法またはＰＶＤ法例えばＲＦプラズマ法（Ｒａｄｉ
ｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｐｌａｓｍａ）、レーザー法
などによって気相において生成された無機材料または金
属材料の超微粒子が含まれる流れの中に被覆されるべき
無機材料または金属材料の粒子を単分散した状態で吹込
んで供給し、上記の超微粒子と上記の被覆されるべき粒
子とを流動状態において接触させて雨粒子を相互接着さ
せ、もって被覆されるべき無機材料または金属材料粒子
の表面に強固に超微粒子が結合し固着した状態とされる
のである。

上記した工程で得られる無機材料または金属材料の超微
粒子で表面が被覆された無機材料または金属材料の粒子
と、被覆されるべき粒子に付着しなかった遊離の超微粒
子および遊離の超微粒子の凝集体との混合物は、引続く
工程において分離操作に付され超微粒子で表面が被覆さ
れた粒子のみがとり出される。

この分離操作は篩分けによる分離、ジェットシープによ
る分離、分級機による分離など、任意の分離操作によっ
て行なわれる。

このようにして分離された粒子はその表面に超微粒子を
固着させて有すると共に、多数の超微粒子を強固な固着
状態ではなくて強力な分離手段、例えば液体中における
超音波処理のような手段では分離するような弱い結合力
で表面に付着させて有するのである。すなわち、被覆さ
れた粒子の表面には強固な固着状態で結合した超微粒子
と、粒子の表面に付着しただけのつまり弱い固着状態で
結合した超微粒子の二つの状態の超微粒子が存在するの
である。

上記した分離操作工程で得られたその表面が超微粒子で
被覆された粒子は次いで熱処理工程に付される。

この熱処理工程は、超微粒子を構成する無機材料または
金属材料の融点の近傍の温度で行ないうる。この熱処理
によって粒子の表面に付着しただけであった超微粒子は
焼結されて粒子表面に強固に固着する。この焼結のため
に要する加熱温度は場合により材料の融点から予想され
る温度をかなり下まわるものであることも可能で、この
ことは超微粒子の溶融挙動が通常の材料のそれとは異な
ることに基づくものである。

そしてこの加熱処理を被覆材料の通常の融点よりも低い
温度で行ない得ることは、被覆されるべき粒子が熱に対
して敏感なものである場合に有利である。

この熱処理によって、粒子の表面に付着しただけの弱い
結合の超微粒子が焼結されて強固な固着状態で結合した
超微粒子と共に粒子表面を被覆することになる。このこ
とによって多量の超微粒子が一度の処理によって粒子表
面に固着せしめられ、殊に上記した前段階工程において
濡れ性の悪い素材同志を用いて粒子表面を被覆する場合
の被覆効率の悪さを、この熱処理工程によって顕著に改
善しうるのである。

この加熱処理は、熱源として加熱された気体、赤外線、
高周波電磁線、などの任意のものを利用することができ
、また静置した被処理粒子に上記加熱手段を適用する他
に、被処理粒子を流動床中で上記加熱手段で加熱するこ
とも可能である。

本発明の超微粒子で表面が被覆される無機材料または金
属材料としては、耐火物またはセラミックスと呼ばれる
総ての無機物質、例えば、酸化物であるＡＱ、Ｏ，、Ｚ
ｒＯ２，５ｉ０２、Ｂｅｄ、　ＭｇＯ１Ｃａｂ、　Ｍｇ
ＯＣａＯなど、窒化物であるＳｉ、Ｎ、ＸＡａＮ。

ＢＮなど、炭化物である５ｉＣＳＷＣなど、はう素化物
であるＢＰ、　ＢＮＳＺｒＢ２、など、種々の粘土鉱物
、例文ば、カオリン、モンモリロナイト、ベントナイト
、バーミキュライトなど、各種のフェライトなどの磁性
材料、単体元素、例えば、ダイアモンド、黒鉛など、単
体金属例えばＳｉ、　Ｎｉ。

Ｃｏ、　Ｗ、　Ｔｉ、　ＡＱ、　Ｃｕ、　Ｆｅなど、お
よび金属間化合物および合金、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ
合金、Ｆｅ−Ｃｒ１合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金などの材料並びにこ
れらの材料を複合したものの粉末が挙げられる。

これらの超微粒子で表面が被覆される無機または金属材
料の粒子は通常０．１μｍ〜１００μｍの範囲の粒径を
有する粉体であって、殊に１μｍ〜１０μｍの範囲のも
のが取扱い操作上好ましい。

上記した無機材料または金属材料の粒子の表面を被覆す
る超微粒子の構成成分は、得られる超微粒子で表面が被
覆された粒子に対して希望される性質および機能に応じ
て、表面が被覆されるべき粒子とは同一であるかまたは
異なった種々の無機材料または金属材料であって、これ
らの具体例としては、種々の無機物質、例えば酸化物で
あるＡｆｆ２０．．５ｉｎ２、ＺｒＣｈ、Ｙ２Ｏ１、Ｃ
ａｂ。

ＢｅＯｌｌＪｇｏ、、ＭｇＣａＯ，など、窒化物である
５ｉｓＮイＡ１２８．　ＢＮすど、炭化物であるＷＣ，
ＳｉＣなど、ホウ素化物であるＢＰＸＢＮ、　ＺｒＢ、
など、単体金属、例えばＳｉｓ　Ａｌ２Ｘ　ＮｌＸＣｏ
５　Ｃｕ、　Ｆｅ−、Ｔｈ１Ｗなど、および金属間化合
物および合金の種々のもの、並びにこれらの材料を複合
したものなどが挙げられる。

この無機または金属材料の粒子を被覆する超微粒子はそ
の粒径が０．５μｍ以下のもの、通常は０．１μｍ以下
のものである。

本発明の第１段階で用いられる無機材料または金属材料
の超微粒子は公知の技術手段で生成させることができ、
例えばアーク放電によるフラズマジェットの発生による
もの、アーク溶解によるもの、高周波プラズマの発生に
よるもの、ガス中蒸発法によるもの、レーザー加熱によ
るものなどの物理的手段で生成させるか、または無機ま
たは金属材料蒸気の還元または酸化を伴う化学的手段で
生成させることができる。

本発明の第１段階の工程によれば上記のようにして生成
された無機材料または金属材料の超微粒子が含まれる気
体流の中に、被覆されるべき無機材料または金属材料の
粉体を任意の手段、例えばキャリアガスに担持させた気
相の分散体として圧入するなどによって導入し、超微粒
子と、被覆されるべき粒子とを流動状態において相互接
触させるのである。

引き続き、得られた表面が被覆された粒子について上記
した通りの分離および加熱処理操作が施されることにな
る。

このようにして、無機材料または金属材料の超微粒子で
表面が被覆された無機材料または金属材料の粒子が得ら
れるが、被覆される粒子に対するこれを被覆する超微粒
子の量比は、所望の粒子に希望される性質および機能に
応じて広い範囲で変えうるもので、例えば被覆される粒
子に対し超微粒子がｏ、ｏｉ重量％〜６０重量％である
ような割合でありうる。

本発明によって、例えばｙ、ｏ３３超微子で表面が被覆
された５ｊ３Ｎ＋粒子、Ｙ２Ｏ，超微粒子で表面が被覆
されたＡΩＮ粒子、Ｙ２Ｏ，超微粒子とＡｌ１．０３超
微粒子で表面が被覆されたＳｉ３Ｎ、粒子、Ｇｏ超微粒
子で表面が被覆されたダイヤモンド粒子、ガラス超微粒
子で表面が被覆されたダイヤモンド粒子、などが得られ
る。

つぎに本発明を実施例によって説明することにする。

実施例　１ ダイヤモンド粒子を銅属微粒子で被覆した粒子の製造 銅粉末をアルゴンガスを高周波加熱して得られる高温プ
ラズマ中に供給し、銅の超微粒子を含む気体流を生成さ
せた。この気体流に粒径２〜４μｍのダイヤモンド粒子
をアルゴンをキャリアガスとする分散体として導入し、
ダイヤモンド粒子を銅の超微粒子で被覆した粒子を躯遺
した。

この超微粒子の被覆用装置から取り出された銅の超微粒
子で被覆されたダイヤモンド粒子は遊離の銅属微粒子お
よび遊離の銅属微粒子の凝集体を含むので、これを空気
分級機（日清エンジニアリング製、ターボクラシファイ
アーＴＣ１５型）を用い、分級径が１μｍとなるような
条件で分級処理に付して遊離の銅属微粒子を除去し、さ
らにこの分級処理では除去できない超微粒子の凝集体は
目開き５３μｍの篩（エアジェツトシーブ）を用いて除
去した。

このようにして、銅含有量１８．２ｖｏ１％の生成物か
ら遊離の銅属微粒子およびその凝集体が除去された銅含
有量９．４ｖｏ１％の銅属微粒子で被覆されたダイヤモ
ンド粒子を得た。

このダイヤモンド粒子（遊離超微粒子除去後の）を超音
波洗浄するとダイヤモンド表面に固着した粒子以外は洗
い流されてしまうので、上記した分級篩分は処理で得ら
れたものは、ダイヤモンド表面に固着した銅属微粒子の
上にさらに銅属微粒子がまぶされて存在するものと考え
られる。

上記のように分級篩分は処理で得られた粒子についてＡ
ｒ雰囲気下で１分間に２０°Ｃの昇温速度で７００°Ｃ
まで昇温させ、その温度で１時間保持し、自然冷却した
。

上記の加熱処理後、その試料は超音波洗浄に付したとこ
ろその表面の銅属微粒子が融着して肉厚の被覆層を形成
することが分った。

すなわち、熱処理を７００℃１時間の条件で行なったも
のはダイヤモンド粒子上に厚く強固な被覆層を形成し、
この層により、このダイヤモンド粒子をダイヤモンド砥
料として使用する場合にバインダーとの密着性を増大さ
せ、砥粒の保持力の向上が期待できる。

実施例　２ ダイヤモンド粒子をＣｏ超微粒子で被覆した粒子の製造 Ｇｏ粒粉末アルゴンガスを高周波加熱して得られる高温
プラズマ中に供給し、ＣＯの超微粒子を含む気体流を生
成させた。この気体流に粒径４０〜６０μｍのダイヤモ
ンド粒子をアルゴンをキャリアガスとする分散体として
導入し、ダイヤモンド粒子をＣＯの超微粒子で被覆した
粒子を製造した。

この超微粒子の被覆用装置から取り出されたＣｏの超微
粒子で被覆されたダイヤモンド粒子は遊離のＣｏ超微粒
子および遊離のＣｏ超微粒子の凝集体を含むので、これ
をエアジエットンーブを用い、篩目開き２０μｍ１工ア
ー圧カー２８ｍｍＨｇ、処理時間１分間の条件で篩分は
処理に付して遊離のＣｏ超微粒子を除去し、さらにこの
篩分は処理では除去できない超微粒子の凝集体は目開き
７４μｍ１６３μｍ１５３μｍの篩を順次用いて手簡で
除去しｔこ。

このようにして、Ｃｏ含有量２３．０ｖｏ１％の生成物
から遊離のＣｏ超微粒子およびその凝集体が除去された
Ｃｏ含有量１１．３ｖｏ１％のＣｏ超微粒子で被覆され
たダイヤモンド粒子を得た。

このダイヤモンド粒子（遊離超微粒子除去後の）を超音
波洗浄するとダイヤモンド表面に固着した粒子以外は洗
い流されてしまうので、上記した篩分は処理で得られた
ものは、ダイヤモンド表面に固着したＣｏ超微粒子の上
にさらにＧ。

超微粒子がまぶされて存在するものと考えられる。

上記のように篩分は処理で得られた粒子についてＡｒ雰
囲気下で１分間に２０°Ｃの昇温速度で８００００まで
昇温させた。その温度で１時間保持し、自然冷却した。

上記の加熱処理後、その試料は超音波洗浄に付したとこ
ろその表面のＣｏ超微粒子が融着して肉厚の被覆層を形
成することが分った。

すなわち、熱処理を５ｏｏ０ｃｉ時間の条件で行なった
ものはダイヤモンド粒子上に厚く強固な肉厚の被覆層を
形成し、この層により、このダイヤモンド粒子をダイヤ
モンド砥料として使用する場合にバインダーとの密着性
を増大させ、砥粒の保持力の向上が期待できる。

実施例　３ ダイヤモンド粒子をガラス超微粒子で被覆した粒子の製
造 ガラス粉末をアルゴン二窒素＝１＝４の混合ガスを高周
波加熱して得られる高温プラズマ中に供給し、ガラスの
超微粒子を含む気体流を生成させた。この気体流に粒径
４０〜６０μｍのダイヤモンド粒子をアルゴンをキャリ
アガスとする分散体として導入し、ダイヤモンド粒子を
ガラスの超微粒子で被覆した粒子を製造した。

この超微粒子の被覆用装置から取り出されたガラスの超
微粒子で被覆されたダイヤモンド粒子は実施例２と同様
に遊離のガラス超微粒子およびその凝集体が除去され、
熱処理されてダイヤモンド粒子上に厚く強固な肉厚の編
み目構造のガラス被覆層を有する、ガラス含有量１１．
５ｖｏ１％のダイヤモンド粒子を得た。

このガラス被覆層によりこのダイヤモンド粒子をダイヤ
モンド砥料として使用する場合にバインダーとの密着性
を増大させ、砥粒の保持力の向上が期待できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　気相法によって生成された無機材料または金属材料の
   超微粒子が含まれる流れの中に被覆されるべき無機材料
   または金属材料の粒子を導入し、上記の超微粒子と上記
   の被覆されるべき粒子とを流動状態において接触させて
   無機材料または金属材料の超微粒子で表面が被覆された
   無機材料または金属材料の粒子を生成させ、被覆される
   べき粒子に付着しなかった遊離の超微粒子および遊離の
   超微粒子の凝集体を上記の被覆された粒子から除去し、
   得られた超微粒子が固着して表面が超微粒子で被覆され
   ていると共にさらに超微粒子を表面に付着させて有する
   粒子を熱処理に付してこの表面に付着した超微粒子を粒
   子の表面に固着させることを特徴とする超微粒子で表面
   が被覆された粒子の製造方法。