JPH0346406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、変成されたチタン酸化合物の製造方
法に関する。 近年、チタン酸アルカリ化合物及びチタン酸ア
ルカリ土類化合物は、セラミツクス材料、複合材
料の補強剤として着目され、各種工業材料として
利用されているが、これらチタン酸化合物を変成
して導電化、着色化することはチタン酸化合物の
耐熱性、補強性を活用した機能性複合材料の開発
のための大きな課題とされている。 本発明の目的は、チタン酸化合物を変成して導
電化、着色化し得る新しい方法を提供することに
ある。 即ち本発明は、 (1)(a) 一般式 Ma₂O・nTiO₂・mH₂O （） 〔式中Maはアルカリ金属、ｎは１〜10の整
数、ｍは０又は１〜10の整数を示す。〕で表
わされるチタン酸アルカリ化合物及び (b) 一般式 MbO・nTiO₂・mH₂O （） 〔式中Mbはアルカリ土類金属を示す。ｎ及
びｍは前記に同じ。〕 で表わさせるチタン酸アルカリ土類化合物から
なる群から選ばれた１種又は２種以上の混合物
もしくは共晶物からなるチタン酸化合物と (2) 一般式 Ｃ（Ｍ）ｚ （） 〔式中Ｍは周期律表の第族、第族及び第
族からなる群から選ばれる炭素以外の元素を示
す。ｚはＭの原子価に相当する整数を示す。〕
で表わされる炭化物の１種又は２種以上 との混合物を非酸化雰囲気下で加熱することを
特徴とする変成されたチタン酸化合物の製造方
法に係る。 本発明の方法は、下記に示す利点を有してい
る。 (1) チタン酸化合物の色調変性又は導電化変成が
有効に行なわれ、耐熱性等の他の諸性質はなん
ら損われていないチタン酸化合物を製造し得
る。 (2) 水素雰囲気下での加熱は不必要であり、安全
面で優れており、また変成処理方法が簡易であ
る。 (3) 得られる変成チタン酸化合物に混入している
原料素材として用いた炭化物を分離する工程は
不要であり、該原料素材から誘導された物質は
耐熱性に優れ且つ導電性を低下させないので、
該物質を混入したまま導電性焼結体とすること
ができる。 上記一般式（）で表わされるチタン酸アルカ
リ化合物としては、例えばチタン酸リチウム、チ
タン酸ナトリウム、チタン酸カリウム等の無水物
及び水和物等が挙げられる。これらのうち、結晶
形状が微細繊維状を示し、複合材料として用いた
時に補強効果が優れ、且つ耐熱性の優れたチタン
酸カリウム、より具体的にはK₂O・4TiO₂、
K₂O・6TiO₂、K₂O・8TiO₂及びこれらの水和物
が産業利用面から適したものである。また上記一
般式（）で表わされるチタン酸アルカリ土類金
属化合物としては、例えばチタン酸カルシウム、
チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、チタ
ン酸ストロンチウム等の無水物及び水和物が例示
される。本発明では上記一般式（）、（）で示
される化合物を単独で使用してもよいし、これら
２種以上の混合物や共晶物を使用することもでき
る。 また本発明で用いられる上記一般式（）で表
わされる炭化物としては、従来公知のものを広く
使用でき例えば炭化ホウ素、炭化珪素、炭化チタ
ン、炭化ゲルマニウム、炭化スズ、炭化鉛、炭化
燐等、好ましくは炭化ホウ素、炭化珪素、炭化チ
タン等を挙げることができる。これらは単独で又
は２種以上混合して用いられる。 本発明において、チタン酸化合物の変成機構は
充分解明されていないが、本発明のチタン酸化合
物と一般式（）の炭化物とを混合し、非酸化雰
囲気中で加熱することにより、炭化物がチタン酸
化合物の脱酸素剤として働き、チタン酸化合物を
還元変成してチタン酸化合物に導電性を発現させ
たり、還元変色され、また炭化物も脱水素又は酸
素付加されてチタン酸化合物の導電化された性質
を低減させることはなく、後利用に有用な性質を
示すものに変成されるものと推定される。 本発明において、チタン酸化合物と一般式
（）の炭化物との混合割合としては、チタン酸
化合物、炭化物の種類、利用目的等により異なり
一概には言えないが、チタン酸化合物に含まれる
結晶水以外の酸素一原子に対して炭化物中の炭素
原子が通常0.01〜10倍、好ましくは0.1〜３倍と
なるように両者を混合するのがよい。炭化物の配
合量が少なすぎると、本発明の所期の目的が発揮
され難くなる傾向となる。また炭化物の配合量が
多すぎると、変成作業時の混合操作が煩雑になつ
たり加熱をはじめ余分のエネルギー等が必要とな
るので好ましくない。 尚本発明において、チタン酸化合物の変成後、
残余の炭化物を分離する必要がある時は、チタン
酸化合物の変成物と炭化物の比重差を利用して分
離することができるが、通常は残余の炭化物が混
在したままでも利用できる。 本発明において非酸化雰囲気とは、一酸化炭素
等の還元ガス、窒素、ヘリウム、炭酸ガス等の不
活性ガスの１種又は２種以上の混合ガスが実質的
に90体積％以上含まれている非酸化雰囲気であ
り、特に窒素ガス、炭酸ガス雰囲気が好ましい。 本発明の加熱処理は、使用する材料、用途によ
り異なるが、通常500〜1500℃で２〜600分、好ま
しくは800〜1200℃で５〜180分行なうことによ
り、変成されたチタン酸化合物を得ることができ
る。加熱処理するための加熱炉としては、特殊な
炉は必要なく、通常用いられる加熱炉であれば任
意のものが使用できる。 加熱操作の好ましい態様例としては、チタン酸
化合物と炭化物の混合物を、単にそのまま加熱し
ても良いが、チタン酸化合物と炭化物の接触を良
くするべく、チタン酸化合物及び炭化物ともに微
細粉末状のものを均質混合したものを加熱するの
が好ましく、またこれらチタン酸化合物と炭化物
の粉末混合物にあつては、混合物中に空気が含ま
れるため、チタン酸化合物が変成される前に混在
する空気により炭化物が消費され、変成に長時間
を要したり、炭化物を多量に用いる必要性が生じ
たり、変成が不充分又は不均一になりやすいた
め、チタン酸化合物と炭化物の混合物中に混在す
る空気を可能な限り除去するか又は非酸化系物質
で置換するのが望ましい。 従つて、本発明ではチタン酸化合物と炭化物の
混合物中に混在する空気の除去法として (1) これらの混合物を減圧下で加圧、圧縮して成
型体とした後加熱する方法 (2) これら混合物に加熱により、非酸化系ガスに
分解する結合剤と混練後、必要により加圧、圧
縮して、成型後加熱する方法 等が好ましい。 加熱により非酸化系ガスに分解する結合剤とは
水素、炭素、窒素の１種又は２種以上の元素を主
成分とし、加熱により水蒸気、炭酸ガス、一酸化
炭素ガス、窒素ガス等に分解する化合物である。
例えば、水、アンモニア、アミノ化合物、含窒素
化合物、炭化水素化合物、炭酸水素化合物、各種
樹脂類の１種又は２種以上の混合物であつて、室
温又は加圧成型時液状を呈し、チタン酸化合物と
炭化物の混合物を成型に必要な結合力を発揮する
ものであれば任意に選択出来るが、経済性及び後
利用の関係から、水、炭化水素化合物、グリセリ
ン、エチレングリコール、澱粉等の炭酸水素化合
物、尿素誘導体、ポリビニルアルコール、ブチラ
ール樹脂、酢酸ビニル樹脂、アタクテイツクポリ
エチレン、液状ポリプロピレン、ポリブテン、ア
クリル樹脂等が例示される。これらの結合剤の使
用量は、チタン酸化合物、炭化物の種類、利用目
的により異なり、特に限定されないが、チタン酸
化合物と炭化物の合計100重量部（以下重量部を
「部」と略す）に対し300部以下、好ましくは100
部以下であり、結合剤の使用量が多すぎると変成
時余分な加熱が必要であることと、残存する結合
剤の分解物を除去する必要が生じることがあるた
め好ましくない。上記結合剤は非酸化系雰囲気で
加熱することにより、残存物として炭化物が灰分
として生成し、黒色に着力するが、導電変成には
無害であるものが多いので、結合剤を適量使用す
る限りは、結合剤の分解物を特に分離、除去する
操作を要せず、実用に供し得る。 本発明では、チタン酸化合物、炭化物の混合物
に加熱時焼結して結合剤として働く焼結性結合剤
を併用することもできる。 本発明は、チタン酸化合物、炭化物、焼結性結
合剤及び必要により成型の為に必要な結合体の混
合物を成型後非酸化系雰囲気下で加熱することに
より、チタン酸化合物が変成されると同時に焼結
性結合剤により、焼成成型され、導電性を示す焼
成成型体を得ることができる。 チタン酸化合物、炭化物及び結合剤の混合物を
成型する方法としては、通常用いられる方法で均
質混合後、室温又は結合剤が蒸発又は分解しない
温度範囲で加熱したものを、 (1) 圧縮成型器を用い、成型金型中に充填後圧縮
成型する方法 (2) 造粒成型器を用いて造粒、顆粒又はフレーク
化する方法 (3) 錠剤成型器を用いてタブレツト化する方法 (4) 圧縮ロール間を通してシート化する方法 等任意の成型方法が適用できるが、変成時の加熱
の均一性、加熱効率の観点から、表面積が大きく
なるよう成型したものが好ましい。加熱方法や装
置により異なるが、成型品の肉厚を大きくする
と、加熱時、成型品の温度勾配が大きくなり、加
熱むら、即ち変成むらが生じることがあるので、
加熱むらが生じない範囲に成型体の肉厚を規制す
べきである。 以下に実施例を掲げる。 実施例 １ チタン酸カリ（大塚化学薬品(株)；テイスモＤ）
３ｇと炭化珪素粉末１ｇを乳鉢で良く混合した。
得られた試料を容量30mlの高純度アルミナ製の舟
型ルツボに入れ、これを前もつて窒素置換後50
ml／分で窒素導入を続け、炉内温度を1100℃に保
持した高純度アルミナ製管状電気炉（管の内径50
mm、長さ１ｍ）内に移し２時間加熱処理後、窒素
導入下で室温まで冷却して取り出すと、青白色に
変色した変成チタン酸カリが得られた。 尚、比較のため、炭化珪素粉末を添加しない
系、即ちチタン酸カリのみを同一条件で加熱、変
成処理を行なつたものは、色調がもとのままの白
色を示し、何ら変化が認められなかつた。 実施例２〜６及び比較例１ 実施例１と同法で調整したチタン酸カリと炭化
珪素粉末の混合物を錠剤打錠器を用い、減圧下、
150Kg／cm²で30分間加圧し、直径10mm、厚さ１mm
のチタン酸カリと炭化珪素の混合物からなる錠剤
を成型した。 上述方法で調整した錠剤を白金製ボートに移
し、実施例１と同じ電気炉を用い、電気炉入口で
30分間窒素置換後、窒素導入下表１に示す温度及
び時間で加熱変成を行なつた。 得られたチタン酸カリと炭化珪素の混合物の錠
剤の性質を表１に示した。 尚比較のため炭化珪素を用いず、チタン酸カリ
のみで行なつた結果を比較例１として表１に示し
た。

【表】 実施例 ７ チタン酸カリ（実施例１と同じ）４ｇ、炭化珪
素１ｇ及び結合剤として流動パラフイン0.5ｇを
添加したものを乳鉢で良く混合後金型成型器中に
充填、20Kg／cm²で３分間加圧成型して、直径10
mm、長さ40mmの円柱状の成型体を得た。得られた
成型体を白金ボードに移し、30分間脱気、窒素置
換ののち、1150℃、30分間窒素ガスを50ml／min
導入下で加熱変成することにより、黒紫色を呈
し、若干空隙を有し、重量が15％低減した円柱体
が得られた。 この円柱体の両面に、銀ペーストを塗布後、実
施例２と同法で導電性を測定したところ、2.8×
10³Ωであり、下式を用いた 体積抵抗率＝測定抵抗（Ω）×電極面積（cm²）／電
極間距離（cm） 体積抵抗率は5.50×10²Ωcmであつた。 尚、比較の為炭化珪素を用いない以外、実施例
７と同法で行なつたところ、加熱処理前と全く変
化なく、灰白色の状態を示し、また、結合剤を用
いないものは、20Kg／cm²、３分間の成型処理では
円柱状の成型体が得られず、崩壊しやすかつた。 実施例 ８〜17 チタン酸化合物の種類、炭化物の種類及び使用
量、結合剤の種類及び使用量、加熱温度、時間等
を表２、表３に示すように変化させる以外、実施
例７と同法で成型体を作成し、変成した結果を表
３に示した。 比較例 ２〜３ 実施例16、17において炭化珪素及び流動パラフ
インを用いない以外、以下同法で行なつた結果を
比較例２、３として表２、表３に示した。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (1)(a) 一般式 Ma₂O・nTiO₂・mH₂O 〔式中Maはアルカリ金属、ｎは１〜10の整
   数、ｍは０又は１〜10の整数を示す。〕で表
   わされるチタン酸アルカリ化合物及び (b) 一般式 MbO・nTiO₂・mH₂O 〔式中Mbはアルカリ土類金属を示す。ｎ及
   びｍは前記に同じ。〕 で表わされるチタン酸アルカリ土類化合物から
   なる群から選ばれた１種又は２種以上の混合物
   もしくは共晶物からなるチタン酸化合物と (2) 一般式 Ｃ（Ｍ）ｚ 〔式中Ｍは周期律表の第族、第族及び第
   族からなる群から選ばれる炭素以外の元素を示
   す。ｚはＭの原子価に相当する整数を示す。〕
   で表わされる炭化物の１種又は２種以上 との混合物を非酸化雰囲気下で加熱することを
   特徴とする変成されたチタン酸化合物の製造方
   法。