JPH0327520B2 - - Google Patents

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イスカーの製造方法に係
り、特に、窯業製品、プラスチツク、金属等の補
強材料、ブレーキライニグ、クラツチ等の摩擦
材、電気絶縁材、保温材、塗料、紙等の充填材料
として使用することにより、これらの製品の強
度、靭性等の力学的特性、電気的絶縁性、耐熱
性、熱伝導性等の熱特性、化学的特性等の諸特性
を大幅に改善することができる新規構成材料であ
るマグネシアウイスカーを安価に製造する方法に
関する。 ［従来の技術］ 窯業製品、プラスチツク、金属等の補強材料、
ブレーキライニグ、クラツチ等の摩擦材、電気絶
縁材、耐熱材料、保温材、塗料、紙等の充填材料
や補強材料として、従来より、石綿、ガラス繊
維、カーボン繊維、有機化学合成繊維、無機化学
合成繊維、無機質粉体等が知られており、既に実
用化されている。 これらのうち、石綿は従来より建築材料や摩擦
材の補強繊維の代表的なものとして広く用いられ
てきたが、発癌性物質であるとの認識により、近
年その使用規制が厳しくなり、近い将来には使用
禁止になろうとしている。 このため、石綿の代替繊維として、ガラス繊
維、カーボン繊維が開発され、ガラス繊維につい
ては、特にセメント製品のようなアルカリ性物質
に対応させるために、ジルコニウムを含有した耐
アルカリガラス繊維が開発され、使用されつつあ
る。しかしながら、耐アルカリ性といえども長期
的にはガラスはアルカリ性物質により劣化し、補
強効果は低下するという欠点を有するため、使用
範囲が制限されるという不具合がある。一方、カ
ーボン繊維はガラス繊維のような欠点はないが、
高価なために建築材料のような低コストを要求さ
れる商品には不適当である。 また、ポリアミド系繊維等も特殊用途として使
用されてはいるが、一般には高価なために利用さ
れていない。 その他の有機化学合成繊においては耐熱性等の
面において十分ではなく、無機化学合成繊維や無
機質物体においては靭性、強度等の機械的な特性
の面において十分ではない。 これに対し、最近では宇宙開発技術等の進展に
より、耐熱高強度の無機繊維が開発され、今日、
Al₂O₃、Ｃ、SiC、Si₃N₄、AlN等のウイスカーが
複合材料や耐水、断熱材料の構成材料として利用
されつつある。 ウイスカーは、細い繊維状単結晶で、ひげ結晶
ともいわれる。ウイスカーの特徴は、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
低かつたりすることで結晶の完全性が検出でき
る。従つて、大きな強度をもつことにより、この
ため複合材料における繊維強化材として極めて有
効である。 しかして、従来、ウイスカーの工業的製造方法
としては、一般に、 原料を蒸発させ、過飽和度の低い部分に凝縮
させる方法、 原料を還元し、活性蒸気を発生させ、成長部
分へ凝縮させる方法、 等の高温気相反応による結晶析出法等が提案され
ている。 ［発明が解決しようとする問題点］ このように、一般にウイスカーの製造には、高
温で高エネルギーを必要とするため、従来提供さ
れるウイスカーはいずれも高価であり、安価な製
造技術の確立が強く望まれていた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、記実情に鑑み、各種ウイスカー
について、耐薬品性、耐熱性、電気的絶縁性、電
気伝導性、高強度性、耐水性等の特性、並びにそ
の製造コスト等の見地から鋭意検討を重ねた結
果、アスペクト比が大きく、各種特性改善のため
の充填材料として極めて有効なマグネシアウイス
カーを、低温で短時間に、低コストかつ容易に合
成することに成功し、本発明を完成させた。 マグネシアは従来から耐火物材料、電気絶縁材
料として利用されてきているが、電融マグネシア
といえども、水味性であることが最大の欠点であ
ることが指摘されている。本発明は、この水和性
の改善について、鋭意研究を行なつた結果、単結
晶のマグネシアウイスカーの合成に成功して完成
されたものである。 即ち、本発明は、新規な合成ウイスカーである
マグネシアウイスカーを工業的有利に製造する方
法を提供するものであつて、 カリウム、リチウム、及びカルシウムの塩化物
の１種または２種以上（以下、単に「塩化物」と
称す。）と、塩化マグネシウムとの混合物を650℃
以上の温度で加熱溶融し、溶融物中の副生物を除
去して得られる溶融塩を水蒸気含有雰囲気にて
650〜1000℃に加熱することを特徴とするマグネ
シアウイスカーの製造方法、 を要旨とするものである。 以下、本発明につき詳細に説明する。 本発明の方法においては、まず塩化マグネシウ
ム塩と塩化物との混合溶融塩を調製する。本発明
で用いる塩化物は、カリウム、リチウム及びカル
シウムの塩化物、例えば塩化カリウムである。こ
れらの塩化物は、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。 このような塩化マグネシウムと塩化物との混合
割合は特に制限はないが、一般には塩化マグネシ
ウムに対する塩化物のモル比が0.5〜5.0の範囲と
なるように調合するのが好適である。 これらの混合溶融塩は、原料混合物をシリカ質
坩堝等の耐熱容器に投入して、650℃以上、好ま
しくは650〜900℃の温度で１〜６時間程度加熱溶
融させて調製される。 なお、加熱溶融にあたり、空気中の酸素による
酸化で、溶融塩中に等方性MgOないしMgOCl等
の粒子が分解生成するが、生成したMgO等は溶
融塩のデカンテーシヨン等により容易に除去され
る。 MgO等を除去した溶融塩は、シリカ質坩堝等
の耐熱容器に入れて、これをガス流入口及び排出
口を有する電気炉等の加熱炉内に挿入し、650〜
1000℃、好ましくは700〜900℃に加熱する。その
際炉口部のガス流入口より水蒸気を流入させなが
ら加熱する。水蒸気の流入量は、加熱原料１Kg当
り50〜500mlH₂O／Hr程度とし、キヤリアーガス
として空気を50〜500l／min流入させるのが好適
である。 このような水蒸気含有雰囲気における加熱によ
り、マグネシアウイスカーが水蒸気流入側の坩堝
壁面に析出成長し、加熱炉排気口からは塩化水素
含有空気が排出される。 坩堝壁面に析出成長したマグネシアウイスカー
は、塩化マグネシウムや塩化物、その他形状の悪
い酸化マグネシウム等の不純物が付着しているた
め、これを水で洗浄、沈降分離することにより精
製する。水洗浄により、塩化マグネシウムや塩化
物は水に溶解し、また形状が悪く、大きいMgO
等は沈降して、マグネシアウイスカーが上層部に
浮遊するため、これを回収することにより、容易
に高純度マグネシアウイスカーを得ることができ
る。 本発明においては、製造されるマグネシアウイ
スカーの繊維長、繊維径は加熱条件等によつても
異なるが、一般には、繊維長30μm〜６mm、繊維
径１〜5μmで、アスペクト比が30〜3000前後のも
のが得られる。 このように、針状の形態を有し、かつアスペク
ト比が大きいマグネシアウイスカーは、その形態
上の特性から、優れた補強効果等の特性改善効果
を有する上に、樹脂等の被充填材料との馴染みが
良好で、従来の充填材料と異なり、充填量の増加
と共に、引張強さ、衝撃強さを低下せることはな
く、効果的に力学的特性、熱的特性、電気的特性
等の諸特性を改善することができる。 ［作用］ 本発明の方法によるマグネシアウイスカーの生
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、坩堝内の塩化マグネシウムと塩化物と
の溶融塩は、水蒸気の共存下で坩堝の壁面でその
表面張力の作用により溶融塩中のマグネシアが上
昇し、坩堝の外壁面側へと流出し、初期の流出物
が種結晶となり、この流出が連続的に進行して、
長いウイスカーへと成長するためと考えられる ［実施例］ 以下、実施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 塩化マグネシウムと第１表に示す塩化物との混
合物100ｇをシリカ質坩堝に入れ第１表に示す加
熱条件で加熱して、溶融塩を得た。その際生成し
た固形物を除去して、溶融物のみをシリカ質坩堝
に投入して、第１表に示す条件で電気炉内にて少
量の水蒸気を炉内に送り込み続けながら静置し
て、マグネシアウイスカーを析出、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イスカー
を得た。 得られたマグネシアウイスカーについて、Ｘ線
回折分析、電子線回折分析を行なつた。 その結果、第１図に示すように、Ｘ線回折では
MgOのピークのみであり、また第２図に示すよ
うに、電子線回折では入射電子線と幾可学的相関
を有する回折写真が認められたことから、このウ
イスカーの結晶はMgO単結晶であることが確認
された。また、生成したマグネシアウイスカーの
電子顕微鏡写真（×500）を第３図に示す。 実施例 ２〜７ 第１表に示す原料、製造条件で実施例１と同様
にしてマグネシアウイスカーを製造した。 得られたマグネシアウイスカーについてＸ線回
折分析、電子線回折分析及び電子顕微鏡観察を行
なつたところ、実施例１と同様の結果が得られ、
針状単結晶MgOウイスカーが製造されたことが
確認された。

【表】

【表】 ［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のマグネシアウイス
カーの製造方法は、塩化マグネシウムと塩化物と
の混合溶融塩を水蒸気含有雰囲気にて加熱するも
のであつて、従来、高温度、高エネルギーを要し
ていたウイスカーの製造を、比較的低温かつ短時
間に容易に行なうことを可能とするものである。
このため、本発明によれば、マグネシアウイスカ
ーのコストダウンを図ることができる。 しかも得られるマグネシアウイスカーはアスペ
クト比が大きく、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図は実施例１で得られたマグネシアウイス
カーのＸ線回折線図、第２図は同電子線回折写
真、第３図は同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 カリウム、リチウム、及びカルシウムの塩化
   物の１種又は２種以上と、塩化マグネシウムとの
   混合物を650℃以上の温度で加熱溶融し、溶融物
   中の副生物を除去して得られる溶融塩を水蒸気含
   有雰囲気にて650〜1000℃に加熱することを特徴
   とするマグネシアウイスカーの製造方法。