JPH03285843A - 無機質複合機能材料 - 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、無機質複合機能材料に関し、詳細には、優れ
た電磁気的、光学的、化学的、耐熱的又は強度的機能等
を有し、特に苛酷な条件下で使用される化学装置や公害
防止機器等の構成材に好適な無機質複合機能材料に関す
る。

（従来の技術） 近年、化学装置や公害防止機器等の構成材は、使用され
る条件の苛酷化に伴って高機能化が強く要求され、それ
に対応して種々の複合材料が開発され、使用されるよう
になってきた。

かかる複合材料として従来公知のものには、エポキシ樹
脂等の樹脂にガラス繊維を混合してなるガラス繊維強化
プラスチック（ＦＲＰ）　、溶融状態の金属とセラミッ
クス繊維との混合体を冷却・固化してなるセラミックス
繊維強化金属（ＦＲＭ）があり、これらは比較的価れた
強度、耐食性等が要求される化学装置等に使用されてい
る。

（発明が解決しようとする課Ｂ） ところが、上記従来の複合材料は、高機能化に限界があ
り、さらに厳しく高度な高機能化の要求を充たし得ない
という問題点がある。

即ち、ＦＲＰは樹脂とガラス繊維とを混ぜる際、樹脂が
粘性を有しているので、混合が不均一になり易く、その
ため強度等の機能が不均一になり、弱い個所を起点とす
る破壊等が生じる６又、樹脂の耐熱性が低いので高温下
では使用できない。

ＦＲＭは溶融状態の金属の冷却過程での凝固速度が個所
により異なり、凝固が不均一に進行するので、セラミッ
クス繊維の分布が不均一になり易く、そのためＦＲＰの
場合と同様、局部的に機能が低い、又、金属を含有する
ので厳しい腐食環境下では使用できない、たとえ腐食が
生じ難い環境下でも金属の溶出を皆無にはし得す、耐溶
出性には限界があり、溶出金属が不純物として混入する
事を嫌う場合には使用できない。

このように、ＦＲＰやＦＲＭ等の従来の複合材料は高度
な高機能化の要求を充たし得ない。そこで、高機能化を
図るべく、異なる機能を有する種々のセラミックス粉末
を混合、成形、焼結してなるセラミックス複合体の開発
が試みられている。しかし、該複合体はセラミックス粉
末（固体）同志を混合するので、均一に混合し得す、得
られる複合体は不均質なものになり易く、そのため局部
的に機能が低くなり、高機能化が図り難いという欠点が
あり、未だ高機能化が達成されていない。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は従来のものがもつ以上のような問題点を解
消し、複合原料の混合状態が均一であり、優れた機能均
質性を有し局部的機能低下を生じ難く、そのため高機能
化が図り易く、高度な高機能化の要求を充たし得る無機
質複合機能材料を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る無機質複合機
能材料は次のような構成としている。

即ち、請求項１に記載の複合機能材料は、有機金属化合
物含有溶液と無機質粉末とを含む混合体からゾル−ゲル
法により得られる無機質複合ゲルを焼成してなる無機質
複合機能材料である。

請求項２に記載の複合機能材料は、前記無機質粉末が、
窯業原料粉末、窯業用無機顔料の粉末、無機質繊維材料
の粉末、非酸化物系無機質粉末、金属粉末、炭素系粉末
、ガラス粉末、有機金属化合物を合成してなる無機質粉
末から選択される一種又は二種以上である請求項１に記
載の無機質複合機能材料である。

請求項３に記載の複合機能材料は、前記無機質粉末が、
球形以外の特殊形状を有する請求項１に記載の無機質複
合機能材料である。

請求項４に記載の複合機能材料は、前記無機質粉末が、
多孔質である請求項１に記載の無機質複合機能材料であ
る。

（作　用） 本発明に係る無機質複合機能材料は、前記の如く、有機
金属化合物含有溶液と無機質粉末とを含む混合体からゾ
ル−ゲル法により得られる無機質複合ゲルを焼成してな
る。

前記混合体は溶液（液体）及び粉末（固体）を複合原料
とし、両者を混合して得られるので、粉末（固体）同志
を混合する場合に比し、均一に混合され易い。又、上記
溶液（液体）は有機金属化合物音１ｒ溶液であるので、
通常粘性が必ずしも高くなく、低粘性のものを使用し得
、そのためＦＲＰの場合に比し極めて均一に混合される
。従って、前記混合体は複合原料が均一に混合されたも
のになる。

前記無機質複合ゲルは、前記均一混合状態の混合体から
ゾル−ゲル法により得られるので、複合原料が均一ムこ
混合されたもの（シェリー状の固形物）になる。即ち、
ゾル−ゲル法は、−船釣には液体状原料を使用し、該原
料をゾルの状態を経てゲル化した後、加熱して固体状の
ガラスやセラミックスを合成する方法である。このとき
、原料からゲル化に至るまでは特に加熱を要せず、常温
で行い得るので、ゲル化即ち固形化を均一に進行させる
ことができる。そのため、ＦＲＭの場合の如く凝固が不
均一に進行して複合原料の分布が不均一になるというよ
うな現象が生じ難い。従って、前記均一混合状態の混合
体からゾル−ゲル法により得られる無機質複合ゲルは、
複合原料が均一に混合されたシェリー状固形物にし得る
。

上記無機質複合ゲルの均一混合状態は、該ゲルを焼成し
た後も当然に維持される。そのため該ゲルを焼成してな
る無機質複合機能材料は、複合原料の混合状態が均一に
なる。

前記有機金属化合物含有溶液は、ゲル化後は有機金属化
合物の化学変化により無機化して酸化物になると共に溶
媒及び有機物が蒸発・除去され、焼成後は酸化物となり
ガラス化する。前記無Ｉ！質粉末は該ガラス中に均一に
存在する。

ガラスは無機質であり、優れた化学的、耐熱的又は強度
的機能等を有し得る。又、無機質粉末には優れた化学的
、耐熱的又は強度的機能等の高機能を種々有するものが
色々あり、複合機能材料の使用目的に応じて選定使用し
得る。

従って、以上のことより本発明に係る無機質複合機能材
料は、優れた機能均質性を有し局部的機能低下を生じ難
く、そのため高機能化が図り易く、高度な高機能化の要
求を充たし得る。又、全体として無機質であるので、特
に耐熱性に優れ、高温下で使用しても耐久性が良く、高
寿命化が図れるようになる。

前記無機質粉末としては、窯業原料粉末、窯業用無機顔
料の粉末、無機質繊維材料の粉末、非酸化物系無機質粉
末、金属粉末、炭素系粉末、ガラス粉末、有機金属化合
物を合成してなる無機質粉末があり、これらの一種又は
二種以上を無機質複合機能材料の使用目的に応じて選定
使用すると、高機能化が図れる。

又、前記無機質粉末を、球形以外の特殊形状を有するも
のにすると、該形状効果により強度等をより高め得る。

多孔質の粉末を用いると、可縮性や弾力性を高め得るよ
うになる。

尚、前述の有機金属化合物含有溶液は、有機金属化合物
を必ず含有する溶液であり、更に無機塩を含有せること
かできる。溶媒としてはアルコール及び／又は水を使用
できる。上記有機金属化合物としては金属アルコキシド
が代表的であるが、特に限定されるものではない。金属
アルコキシドには、例えばナトリウムエトキシド、カル
シウムエトキシド、オクチル酸イツトリウム及びシリコ
ンエトキシドがある。

前記焼成後のガラスの組成は、前記有機金属化合物、無
機塩の種類により変化させ得る。例えば、アルカリ金属
の酸化物（Ｒ’ｔｏ）　、アルカリ土類金属の酸化物（
Ｒ”Ｏ）　、金属の酸化物（間）及びＳｉＯ□を含有す
るガラスが得られる。このときＳｉｎ。

はガラスの骨格構造を形成し、Ｒ’ｔｏは該ガラス骨格
構造内のイオン伝導性を高め、ｉｌｌ　ＩＯ及び肋はガ
ラスを安定化して耐熱性、耐食性及び強度を向上する作
用がある。

前記ゾル−ゲル法は、ゾル及びゲルの状態のときに薄膜
、ファイバー等の種々の形状にし得、そのため色々の形
状を有する無機質複合機能材料が得られる。又、ゲル化
後比較的低い温度でガラス化するので、少ない加熱エネ
ルギで無機質複合機能材料を製遺し得る。

有機金属化合物含有溶液を原料とする場合は、ゲル化後
の乾燥時の収縮によりガラスに割れが生じることがあり
、該割れ発生を防止するには極めて低速度で乾燥する必
要がある。本発明に係る無機質複合機能材料を製造する
場合は、粉末が共存するので、上記乾燥時の収縮量が小
さく、ガラスに割れが生じ難くなり、そのため比較的高
速度で乾燥し得、生産性が一般のゾル−ゲル法の場合に
比し優れている。

（実施例） 皇旌旦土 シリコンテトラエトキシド：　２５ｇｒ、　８５％リン
酸：１ｇｒ、エタノール：　２０ｇｒ、水：　２０ｇｒ
からなる有機金属化合物含有溶液を２５°Ｃで１時間攪
拌混合した後、カーボン粉末を前記溶液に対して１０ｗ
ｔ％の比率で添加・混合し、常温下に置いて冷却したと
ころ、該混合体は２週間後にゲル化した。該ゲルはカー
ボン粉末が均一に分散したゲル（：複合シリカゲル）で
あった。

上記複合シリカゲルを風乾した後、１５０°Ｃで加熱し
て焼成した。その結果、半導性ガラスを製作することが
できた。該ガラスの体積固有抵抗（直は３Ｘ１０’オー
ム・Ｃ１１であった。

裏施１ シリコンテトラエトキシド：　１０ｇｒ、　　ジルコニ
ウムプロポキシド：２ｇｒ、エタノール：　２０ｇｒ、
水：０．１ｇｒからなる有機金属化合物含有溶液を２５
°Ｃで１時間攪拌混合した後、ゼオライト粉末を前記溶
液に対して１５ｗｔ％の比率で添加・混合し、常温下に
置いて冷却したところ、該混合体は１週間後にゲル化し
た。このようにしてゼオライト粉末が均一に分散したゲ
ル（＝複合ジルコニア・シリカゲル）であった。

上記ゲルを風乾した後、５００°Ｃで加熱して焼成した
。その結果、イオン交換機能を有すると共に優れた耐水
性及び耐アルカリ性を有するガラスを製作することがで
きた。該ガラスを砕きイオン交換機用の粒にし、核粒の
破壊強度を測定したところ、該破壊強度は、市販のゼオ
ライトの破壊強度よりも一桁向上したものであり、極め
て高くなることが確認された。

（発明の効果） 本発明に係る無機質複合機能材料によれば、複合原料の
混合状態が均一であり、優れた機能均質性を有し局部的
機能低下を生し難く、そのため高機能化が図り易く、高
度な高機能化の要求を充たし得るようになる。又、全体
として無＠質であるので、特に耐熱性に優れ、高温下で
使用しても耐久性が良く、高寿命化が図れるようになる
。そのため、苛酷な条件下で使用される化学装置や公害
防止機器等の構成材として好適であり、かかる装置、機
器の機能を向上し得、又、長寿命化し得るようになる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機金属化合物含有溶液と無機質粉末とを含む混
   合体からゾル−ゲル法により得られる無機質複合ゲルを
   焼成してなる無機質複合機能材料。
2. （２）前記無機質粉末が、窯業原料粉末、窯業用無機顔
   料の粉末、無機質繊維材料の粉末、非酸化物系無機質粉
   末、金属粉末、炭素系粉末、ガラス粉末、有機金属化合
   物を合成してなる無機質粉末から選択される一種又は二
   種以上である請求項１に記載の無機質複合機能材料。
3. （３）前記無機質粉末が、球形以外の特殊形状を有する
   請求項１に記載の無機質複合機能材料。
4. （４）前記無機質粉末が、多孔質である請求項１に記載
   の無機質複合機能材料。