JPH0422880B2 - - Google Patents

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JPH0422880B2
JPH0422880B2 JP62152419A JP15241987A JPH0422880B2 JP H0422880 B2 JPH0422880 B2 JP H0422880B2 JP 62152419 A JP62152419 A JP 62152419A JP 15241987 A JP15241987 A JP 15241987A JP H0422880 B2 JPH0422880 B2 JP H0422880B2
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JP
Japan
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aluminum
whiskers
aluminum borate
alkali metal
fiber diameter
Prior art date
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Application number
JP62152419A
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Japanese (ja)
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JPS63319299A (en
Inventor
Takao Kitamura
Koji Sakane
Hideo Wada
Hajime Hata
Hajime Kanbara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shikoku Chemicals Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Shikoku Chemicals Corp
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Shikoku Chemicals Corp filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Priority to US07/207,538 priority patent/US4925641A/en
Priority to DE8888305606T priority patent/DE3873836T2/en
Priority to EP88305606A priority patent/EP0296779B1/en
Publication of JPS63319299A publication Critical patent/JPS63319299A/en
Publication of JPH0422880B2 publication Critical patent/JPH0422880B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明はホウ酸アルミニウムウイスカー、及び
その製造方法に関する。 本発明のウイスカーは耐薬品性、断熱性、耐熱
性、中性子吸収能、電気絶縁性に優れており、断
熱材、耐熱材、耐食材の他、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、セメント、セラミツクス、金属等の強
化材として有用である。 (従来の技術) 熱的、機械的に優れた性質を有するセラミツク
ス系のウイスカーが近年工業的に製造されたり、
研究されたりしている。セラミツクス系のウイス
カーは大きく非酸化物系と酸化物系とに分類さ
れ、前者にはSiC、Si3N4等が、後者にはCaSO4
K2O・6TiO2(特公昭55−25157号公報)、
2MgO・B2O3(特開昭60−204697号公報)等が属
する。 非酸化物系のウイスカーは一般に融点が高く
(1900℃以上)、耐熱性は優秀であるが、製造時に
雰囲気調整が必要なため、設備的、原料的にコス
トが高くなつてしまい、得られるウイスカーの用
途は限られたものとなつてしまう。 これに対して酸化物系のウイスカーは非酸化物
系のウイスカーほど融点は高くない(1000〜1600
℃)ため耐熱性は劣るが、大気中で溶融剤を用い
る液相法で製造することができるので設備的、原
料的コストは低い。このためそれほど高い耐熱性
を要求されない汎用性の分野、例えばプラスチツ
ク類の強化材、アルミニウムの強化材等の用途に
使用することが可能である。 アルミニウムのホウ酸塩の総称であるホウ酸ア
ルミニウムの常圧下における状態図は既に完成さ
れており、[P.J.M.Gielisse;Nature、4836、69
〜70(1962)]、化合物としては2Al2O3・B2O3の存
在が明らかになつているが、この化合物のウイス
カー物質は得られていない。過去に何度かのウイ
スカーの合成が試みられているが、得られたもの
は全て状態図に示されていないアルミニウムとホ
ウ素の組成のウイスカーばかりである。 例えば、米国特許第3080242号明細書によると、
水酸化アルミニウムと酸化ホウ素を1400℃に加熱
後、徐冷することにより3Al2O3・B2O3及び
9Al2O3・B2O3なる組成をもつウイスカーが得ら
れることが知られており、また米国内務省鉱山局
からは、酸化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウ
ム、塩化リチウムを1200℃に加熱することにより
2.5Al2O3・B2O3なる組成ををもつウイスカー、
及び酸化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム、酸
化ホウ素を1400℃に加熱することにより、
4.8Al2O3・B2O3なる組成をもつウイスカーが得
られることが報告されている[R.C Johnson
“Bureau of Mines Report of
Investigations6575”(1965)]。 更に後者が米国特許第3350166号明細書によれ
ば1000〜1400℃にて気体状態のフツ化アルミニウ
ムと酸化ホウ素中に水蒸気を通す気相反応法に
て、4Al2O3・B2O3なる組成をもつウイスカーが
得られることが報告されている。 (発明が解決しようとする問題点) CaSO4、K2O・6TiO2、2MgO・B2O3等の酸化
物系ウイスカーは液相法により低コストで製造す
ることが可能であり、ウイスカーの用途拡大が期
待できるが、これらは耐薬品性、特に耐酸性が劣
るという欠点が有り、強化材として使用した場合
の長期信頼性に問題が生ずると思われる。これに
対して、2Al2O3・B2O3型のホウ酸アルミニウム
は耐薬品性に優れていることが明らかになつてい
る[J.W.Meller;Comprehensive Treatisc on
Inorganic and Theoretica]Chemistry、vol V
Part A.599p]。 前述のように、ホウ酸アルミニウムウイスカー
は既に合成されているが、それらの分子式は、
3Al2O3・B2O3、2.5Al2O3・B2O3、4Al2O3
B2O3、4.8Al2O3・B2O3及び9Al2O3・B2O3であ
り、公知のホウ酸アルミニウムである2Al2O3
B2O3のウイスカーは全く合成されていない。 またウイスカーとはアスペクト比の高い針状単
結晶のことであり、粒界が無く、結晶の欠陥が多
結晶より少ないので、機械的強度が非常に高いの
が特徴だが、大きくなると欠陥部分が多くなり、
場合によつては単結晶が繊維軸に集合した多結晶
になるためその強度は極端に低下してしまい、ウ
イスカーを利用する意味が無くなつてしまう。上
述の測定例として5000MPaの引つ張り強度を有
する繊維径1μm程度のウイスカーで5μmになる
と700MPaの強度にまで低下してしまうことが報
告されている。過去に合成された前述のホウ酸ア
ルミニウムウイスカーは繊維径が5〜100μm程
度で機械強度の極端に低下する領域のものであ
り、強化材として用いるためには繊維径1μm前
後のウイスカーが望ましい。 従つて、本発明の目的は、従来のホウ酸アルミ
ニウムウイスカーの前記欠点が解消され、耐薬品
性、断熱性、耐熱性、中性子吸収能、電気絶縁性
等に優れ且つ繊維径が微細で、強度に優れたホウ
酸アルミニウムウイスカー及びその製法を提供す
るにある。 (問題点を解決するための手段) 本発明者らは、このような事情に鑑み、克明な
研究を重ねた結果、アルミニウム供給成分として
アルミニウムの水酸化物、及びアルミニウムの無
機塩の中から選ばれたものを所定のホウ酸供給成
分と溶融剤とを所定の温度で反応させることによ
り、その目的を達成しうることを見出した。 即ち、本発明によれば、化学式 2Al2O3・B2O3(Al4B2O9) で表わされる組成をもちかつ0.05〜5μmの繊維
径、2〜50μmの長さ及び10〜100のアスペクト
比を有するホウ酸アルミニウムウイスカーが提供
される。 本発明によればまた、アルミニウム水酸化物、
及びアルミニウム無機塩の中から選ばれた少なく
とも一種のアルミニウム供給成分と、ホウ素の酸
化物、酸素酸、及びそのアルカリ金属塩の中から
選ばれた少なくとも一種のホウ酸供給成分とをア
ルカリ金属の塩化物、アルカリ金属の硫酸塩及び
アルカリ金属の炭酸塩の中から選ばれた少なくと
も一種の溶融剤の存在下600〜1000℃の温度に加
熱して反応、育成させることを特徴とするホウ酸
アルミニウムウイスカーの製造方法が提供され
る。 (作用) 本発明のホウ酸アルミニウムウイスカーは
2Al2O3・B2O3の針状単結晶から成ることが顕著
な特徴である。式2Al2O3・B2O3のホウ酸アルミ
ニウムが他のホウ酸アルミニウムに比して耐化学
薬品性に優れていることは既に述べた通りである
が、本発明のウイスカーもその特性をそのまま保
有している。 本発明のホウ酸アルミニウムウイスカーは第1
表に示すX線回折データ及び第1図の電子顕微鏡
写真に示す繊維形状を有している。この第1表に
よると、本発明のウイスカーでは、2Al2O3
B2O3の単一相から成り、その結晶構造はC軸方
向(繊維軸方向)に極めて顕著に発達しており、
また第1図からは、繊維径が著しく微細でしかも
均一であり、強度の点で強く望まれている繊維構
造となつていることが理解される。 本発明のホウ酸アルミニウムウイスカーは、ア
ルミニウム供給成分、及びホウ素供給成分を溶融
剤の存在下に反応させることにより得られるが、
アルミニウム供給成分としてアルミニウム水酸化
物又はアルミニウム無機塩を用いることが一つの
特徴である。この特定の成分は、反応・育成時に
活性な酸化アルミニウムに転化され、その高反応
性のため、未反応アルミナの残存という問題がな
く、生成ウイスカーの径を微細化するという作用
を呈する。 また、溶融剤、特に低粘度の溶融剤の存在下に
比較的低い温度で反応を行わせることも特徴の一
つであり、これにより生成ウイスカー中のB2O3
成分が脱離分解する傾向が防止され、前記単一組
成の2Al2O3・B2O3ウイスカーが生成するものと
認められる。 (発明の好適態様) 本発明のアルミニウム供給成分としてはアルミ
ニウムの水酸化物例えば、水酸化アルミニウムや
アルミニウムの硫酸塩、例えば、硫酸アルミニウ
ム、硫酸アルミニウム14〜18水和物、硫酸アルミ
ニウムカリウム、硫酸アルミニウムカリウム12水
和物、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミ
ニウムナトリウム12水和物、硫酸アンモニウムア
ルミニウム、硫酸アンモニウムアルミニウム12水
和物やアルミニウムの硝酸塩、例えば、硝酸アル
ミニウム、硝酸アルミニウム9水和物やアルミニ
ウムの塩化物、例えば、塩化アルミニウム、塩化
アルミニウム6水和物またはアルミニウムの酸水
酸化物例えば、ベーマイト、ジアスポア、トーダ
イト等を挙げることができ、これらは単独で用い
てもよいし、また2種以上混合してもよい。これ
らアルミニウム供給成分は全て大気中加熱により
分解して活性な酸化アルミニウムを発生するもの
であり、非常に反応性が高いためアルミナをアル
ミニウム供給成分として用いた時のような未反応
アルミナの残存という問題も無く、育成したホウ
酸アルミニウムウイスカーは微細になるのが特徴
である。 次にホウ酸供給成分としては、ホウ素の酸化
物、例えば酸化ホウ素やホウ素の酸素酸、例え
ば、オルトホウ素酸(H3BO3)、四ホウ酸
(H2B4O7)メタホウ酸(HBO2)或いはこれらの
アルカリ金属塩、例えば四ホウ酸ナトリウム、ピ
ロホウ酸ナトリウム、ピロホウ酸カリウム、メタ
ホウ酸ナトリウム等が挙げられ、これらは単独で
もまた2種以上混合してもよい。 更に溶融剤としてはアルカリ金属の塩化物、例
えば塩化ナトリウム、塩化カリウムやアルカリ金
属の硫酸塩、例えば硫酸ナトリウム、硫酸カリウ
ム或いはアルカリ金属の炭酸塩、例えば炭酸ナト
リウム、炭酸カリウム等が挙げられ、これらは単
独でもまた2種以上混合して用いてもよい。 本発明方法に従えば、前記のアルミニウム供給
成分とホウ酸供給成分とをアルミニウムとホウ素
のモル比1:9から6:4の範囲の割合で混合
し、さらに溶融剤を全重量の10〜95重量%の範囲
で添加し、600〜1000℃の範囲の温度で通常30分
から8時間反応させることによつて2Al2O3
B2O3なる組成をもつホウ酸アルミニウムウイス
カーを生成させることができる。この際加熱温度
が600℃未満では、反応が不十分であり、また
1000℃を超えると溶融剤存在下では生成した
2Al2O3・B2O3ウイスカー中のB2O3成分が徐々に
脱離する分解反応が起こるので好ましくない。既
に合成が報告されている前述のホウ酸アルミニウ
ム3Al2O3・B2O3及び2.5Al2O3・B2O3では溶融液
の粘度を低下させウイスカーの成長速度を高める
ため反応温度を1200〜1400℃と高くしているた
め、この分解反応が起こつていると考えられる。
本発明では、このような現象を防ぐため溶融粘度
の低い溶融剤を用い、反応温度を1000℃以下にし
たものである。 この反応生成物からウイスカーを単離するに
は、先ず熱水或いは1N程度の熱塩酸、熱硫酸、
熱硝酸等で処理して溶融剤その他の水溶性成分を
除去する。無機塩を用いるのは溶解速度を向上さ
せるためであり、熱水に比べて処理時間は1/10〜
1/20に短縮できる。用いた原料組成により水不溶
の副生物がある場合には、残留物からデカンテー
シヨン、水ひ、気泡分離等の手段で繊維状物を分
離する。次いでこのようにして得られた粗製ホウ
酸アルミニウムウイスカーを水で十分に洗浄し、
不純物を除去すれば純粋な2Al2O3・B2O3なる組
成をもつホウ酸アルミニウムウイスカーが得られ
る。 このようにして得られたホウ酸アルミニウムウ
イスカーは、粉末X線回折において、ASTM粉
末X線回折カード29−10に比べ、d値5.30Åの
[220]面、d値3.34Åの[231]面、d値2.650Å
の[440]面及び[341]面の回折強度が強くなつ
ており、全ての回折ピークは2Al2O3・B2O3の結
晶構造に帰属される。 またピロ硫酸ナトリウムで溶融分解した後、水
溶液としたものの常法による元素定量及び走査型
電子顕微鏡観察結果ともあわせて以上の方法で得
たものは2Al2O3・B2O3の単一相からなるホウ酸
アルミニウムウイスカーと同定することができる (発明の効果) 前記のようにして単離されたホウ酸アルミニウ
ムウイスカーは繊維径0.05〜5μm、特に0.1〜3μ
m、長さ2〜100μm、特に2〜50μm、アスペク
ト比10〜100の無色透明の長針状結晶であつて熱
鉱酸、熱アルカリには優れた耐性を示し、例え
ば、2N−塩酸に70℃で2日間浸漬しても全く重
量減少は無く、外観も変化が見られない。また熱
王水中でも容易に溶解させることは不可能であ
り、該ウイスカーを分解溶解させるためにはピロ
硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等で溶融する
しか方法は無い。 本発明のホウ酸アルミニウムウイスカーは耐酸
性、耐アルカリ性、耐薬品性、断熱性、耐熱性、
中性子吸収能、電気絶縁性に優れており、断熱
材、耐熱材、耐食材の他、熱可塑性樹脂、熱硬化
性樹脂、セメント、セラミツクス、金属等の強化
材として極めて有用である。 (実施例) 以下本発明を実施例によつて具体的に説明す
る。 実施例 1 硫酸アルミニウム(Al2(SO43)7gとオルト
ホウ酸(H3BO3)3.7g及び溶融剤として塩化カ
リウム(KCl)7gを乳鉢中で十分に粉砕混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、電気炉中850℃3
時間反応させる。反応物を徐冷した後、200c.c.の
1N塩酸で煮沸して溶融剤を溶解除去することに
より粗製ホウ酸アルミニウムウイスカーを得る。
続いて水を用いたデカンテーシヨンにより微量の
非繊維状副生物を分離し、ホウ酸アルミニウムウ
イスカー1.0gを得る。こうして得たウイスカー
は1050℃に非調和の融点を持ち、アルミニウムと
ホウ素の定量分析により求めたAl2O3とB2O3のモ
ル比は1.97:1.00であつた。 この方法で得られたホウ酸アルミニウムウイス
カーは繊維径0.2〜0.5μm、長さ2〜15μmであ
り、その走査型電子顕微鏡写真を第1図に、粉末
x線回折データをASTM29−10のデータをあわ
せて第1表に示した。表1中では[220][231]
[440]及び[341]等の回折面の強度が高くなつ
ており、繊維軸はこれらの面に平行もしくは平行
に近い方向と推定できる。 また粉末x線回折のデータには2Al2O3・B2O3
以外の回折ピークは見られず、元素分析の結果も
あわせて、本実施例では2Al2O3・B2O3単一相の
ウイスカーが得られていることが説明される。
(Industrial Application Field) The present invention relates to an aluminum borate whisker and a method for producing the same. The whiskers of the present invention have excellent chemical resistance, heat insulation properties, heat resistance, neutron absorption ability, and electrical insulation properties, and can be used not only as insulation materials, heat-resistant materials, and corrosion-resistant materials, but also as thermoplastic resins, thermosetting resins, cement, and ceramics. , useful as a reinforcing material for metals, etc. (Prior art) Ceramic whiskers with excellent thermal and mechanical properties have been industrially manufactured in recent years.
It is being researched. Ceramic whiskers are broadly classified into non-oxide type and oxide type, with the former containing SiC, Si 3 N 4 , etc., and the latter containing CaSO 4 ,
K 2 O・6TiO 2 (Special Publication No. 55-25157),
2MgO・B 2 O 3 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-204697), etc. belong to this category. Non-oxide whiskers generally have a high melting point (above 1900℃) and are excellent in heat resistance, but because they require atmosphere adjustment during production, they are expensive in terms of equipment and raw materials, and the resulting whiskers Its uses will be limited. On the other hand, oxide whiskers do not have as high a melting point as non-oxide whiskers (1000-1600
℃), so the heat resistance is poor, but since it can be manufactured by a liquid phase method using a melting agent in the atmosphere, the equipment and raw material costs are low. Therefore, it can be used in general-purpose fields that do not require very high heat resistance, such as reinforcing materials for plastics and aluminum. The phase diagram of aluminum borate, a general term for aluminum borates, under normal pressure has already been completed, and [PJMGielisse; Nature, 4836, 69]
70 (1962)], the existence of the compound 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 has been revealed, but the whisker substance of this compound has not been obtained. Several attempts have been made to synthesize whiskers in the past, but all that have been obtained are whiskers with compositions of aluminum and boron that are not shown in the phase diagram. For example, according to US Pat. No. 3,080,242,
By heating aluminum hydroxide and boron oxide to 1400℃ and then slowly cooling them, 3Al 2 O 3・B 2 O 3 and
It is known that whiskers with the composition 9Al 2 O 3・B 2 O 3 can be obtained, and the U.S. Department of the Interior's Bureau of Mines has reported that whiskers can be obtained by heating aluminum oxide, sodium tetraborate, and lithium chloride to 1200°C.
A whisker with a composition of 2.5Al 2 O 3・B 2 O 3 ,
By heating aluminum oxide, sodium tetraborate, and boron oxide to 1400℃,
It has been reported that whiskers with the composition 4.8Al 2 O 3・B 2 O 3 can be obtained [RC Johnson
“Bureau of Mines Report of
Investigations 6575'' (1965)]. According to US Pat. No. 3,350,166, the latter is produced by a gas phase reaction method in which water vapor is passed through aluminum fluoride and boron oxide in the gaseous state at 1000 to 1400°C. It has been reported that whiskers with the composition 3・B 2 O 3 can be obtained. (Problems to be solved by the invention) Oxidation of CaSO 4 , K 2 O・6TiO 2 , 2MgO・B 2 O 3 , etc. Physical whiskers can be manufactured at low cost using a liquid phase method, and the use of whiskers is expected to expand. However, they have the disadvantage of poor chemical resistance, especially acid resistance, and when used as reinforcing materials. However, it is clear that aluminum borate of the 2Al 2 O 3 /B 2 O 3 type has excellent chemical resistance [JWMeller; Comprehensive Treatisc on
Inorganic and Theoretica] Chemistry, vol V
Part A.599p]. As mentioned above, aluminum borate whiskers have already been synthesized, but their molecular formula is
3Al 2 O 3・B 2 O 3 , 2.5Al 2 O 3・B 2 O 3 , 4Al 2 O 3
B 2 O 3 , 4.8Al 2 O 3・B 2 O 3 and 9Al 2 O 3・B 2 O 3 , and 2Al 2 O 3・ which is a well-known aluminum borate.
B 2 O 3 whiskers have not been synthesized at all. Whiskers are acicular single crystals with a high aspect ratio, and they have no grain boundaries and fewer crystal defects than polycrystals, so they have very high mechanical strength, but the larger they get, the more defects there are. Become,
In some cases, a single crystal becomes a polycrystal that gathers around the fiber axis, so its strength is extremely reduced, and the use of whiskers becomes meaningless. As an example of the above measurement, it has been reported that a whisker with a fiber diameter of about 1 μm that has a tensile strength of 5000 MPa decreases to 700 MPa when the fiber diameter becomes 5 μm. The above-mentioned aluminum borate whiskers synthesized in the past have a fiber diameter of about 5 to 100 .mu.m and have extremely low mechanical strength, and whiskers with a fiber diameter of about 1 .mu.m are desirable for use as reinforcing materials. Therefore, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of conventional aluminum borate whiskers, to have excellent chemical resistance, heat insulation, heat resistance, neutron absorption ability, electrical insulation, etc., fine fiber diameter, and high strength. To provide an excellent aluminum borate whisker and a method for producing the same. (Means for Solving the Problems) In view of the above circumstances, the inventors of the present invention have conducted extensive research, and as a result, have selected aluminum hydroxide and inorganic salts of aluminum as the aluminum supply component. It has been found that this objective can be achieved by reacting a given boric acid supply component with a melting agent at a given temperature. That is, according to the present invention, the fibers have a composition represented by the chemical formula 2Al 2 O 3 B 2 O 3 (Al 4 B 2 O 9 ), have a fiber diameter of 0.05 to 5 μm, a length of 2 to 50 μm, and a fiber diameter of 10 to 100 μm. An aluminum borate whisker is provided having an aspect ratio of . According to the invention, aluminum hydroxide,
and at least one aluminum supplying component selected from aluminum inorganic salts, and at least one boric acid supplying component selected from boron oxides, oxyacids, and alkali metal salts thereof. Aluminum borate whiskers, which are reacted and grown by heating to a temperature of 600 to 1000°C in the presence of at least one type of melting agent selected from alkali metal sulfates and alkali metal carbonates. A manufacturing method is provided. (Function) The aluminum borate whisker of the present invention is
Its distinctive feature is that it consists of a needle-like single crystal of 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 . As already mentioned, aluminum borate with the formula 2Al 2 O 3 B 2 O 3 has superior chemical resistance compared to other aluminum borates, and the whiskers of the present invention also have this property. I keep it as is. The aluminum borate whiskers of the present invention are the first
It has the fiber shape shown in the X-ray diffraction data shown in the table and the electron micrograph in FIG. According to this Table 1, in the whisker of the present invention, 2Al 2 O 3 .
It consists of a single phase of B 2 O 3 , and its crystal structure is extremely developed in the C-axis direction (fiber axis direction).
Furthermore, from FIG. 1, it can be seen that the fiber diameter is extremely fine and uniform, resulting in a fiber structure that is highly desired in terms of strength. The aluminum borate whiskers of the present invention are obtained by reacting an aluminum supplying component and a boron supplying component in the presence of a melting agent.
One feature is the use of aluminum hydroxide or an aluminum inorganic salt as the aluminum supply component. This specific component is converted into active aluminum oxide during reaction and growth, and due to its high reactivity, there is no problem of unreacted alumina remaining, and it has the effect of reducing the diameter of the generated whiskers. Another feature is that the reaction is carried out at a relatively low temperature in the presence of a melting agent, especially a low-viscosity melting agent .
It is recognized that the tendency of the components to be eliminated and decomposed is prevented, and the 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 whiskers having the single composition are produced. (Preferred Embodiment of the Invention) As the aluminum supply component of the present invention, aluminum hydroxide such as aluminum hydroxide and aluminum sulfate, such as aluminum sulfate, aluminum sulfate 14-18 hydrate, aluminum potassium sulfate, aluminum sulfate Potassium dodecahydrate, sodium aluminum sulfate, sodium aluminum sulfate dodecahydrate, ammonium aluminum sulfate, ammonium aluminum sulfate dodecahydrate, and aluminum nitrates, such as aluminum nitrate, aluminum nitrate nonahydrate, and aluminum chlorides, such as , aluminum chloride, aluminum chloride hexahydrate, or acid hydroxides of aluminum, such as boehmite, diaspore, todite, etc., which may be used alone or in combination of two or more. . All of these aluminum supply components decompose when heated in the atmosphere to generate active aluminum oxide, and because they are extremely reactive, there is the problem of unreacted alumina remaining when alumina is used as an aluminum supply component. The aluminum borate whiskers grown are characterized by their fineness. Next, boron oxides such as boron oxide and boron oxyacids such as orthoboric acid (H 3 BO 3 ), tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ), and metaboric acid (HBO 2 ) Alternatively, alkali metal salts thereof such as sodium tetraborate, sodium pyroborate, potassium pyroborate, sodium metaborate, etc. may be mentioned, and these may be used alone or in combination of two or more kinds. Furthermore, examples of the melting agent include chlorides of alkali metals such as sodium chloride and potassium chloride, sulfates of alkali metals such as sodium sulfate and potassium sulfate, and carbonates of alkali metals such as sodium carbonate and potassium carbonate. They may be used alone or in combination of two or more. According to the method of the present invention, the aluminum supplying component and the boric acid supplying component are mixed in a molar ratio of aluminum to boron ranging from 1:9 to 6:4, and a melting agent is added at a ratio of 10 to 95% of the total weight. 2Al 2 O 3 .
Aluminum borate whiskers with the composition B 2 O 3 can be produced. At this time, if the heating temperature is less than 600℃, the reaction will be insufficient or
Formed in the presence of a melting agent at temperatures exceeding 1000℃
This is not preferable because a decomposition reaction occurs in which the B 2 O 3 component in the 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 whisker is gradually eliminated. For the aforementioned aluminum borate 3Al 2 O 3・B 2 O 3 and 2.5Al 2 O 3・B 2 O 3 , whose synthesis has already been reported, the reaction temperature was lowered to lower the viscosity of the melt and increase the whisker growth rate. It is thought that this decomposition reaction is occurring because the temperature is high, 1200-1400°C.
In the present invention, in order to prevent such a phenomenon, a melting agent with a low melt viscosity is used and the reaction temperature is set to 1000°C or less. To isolate whiskers from this reaction product, first add hot water, about 1N hot hydrochloric acid, hot sulfuric acid,
The melting agent and other water-soluble components are removed by treatment with hot nitric acid or the like. The purpose of using inorganic salts is to improve the dissolution rate, and the processing time is 1/10 to 1/10 compared to hot water.
It can be shortened to 1/20. If water-insoluble by-products are present due to the composition of the raw materials used, the fibrous material is separated from the residue by means such as decantation, water droplet, and bubble separation. The crude aluminum borate whiskers thus obtained were then thoroughly washed with water,
By removing impurities, aluminum borate whiskers with the composition of pure 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 can be obtained. In powder X-ray diffraction, the aluminum borate whiskers thus obtained were found to have a [220] plane with a d value of 5.30 Å and a [231] plane with a d value of 3.34 Å, compared to the ASTM powder X-ray diffraction card 29-10. , d value 2.650Å
The diffraction intensities of the [440] and [341] planes are strong, and all the diffraction peaks are attributed to the crystal structure of 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 . In addition, after melting and decomposing with sodium pyrosulfate, the aqueous solution obtained by the above method was determined to be a single phase of 2Al 2 O 3 and B 2 O 3 . (Effects of the Invention) The aluminum borate whiskers isolated as described above have a fiber diameter of 0.05 to 5 μm, particularly 0.1 to 3 μm.
It is a colorless and transparent long acicular crystal with a length of 2 to 100 μm, especially 2 to 50 μm, and an aspect ratio of 10 to 100. It exhibits excellent resistance to hot mineral acids and hot alkalis. For example, it is resistant to hot mineral acids and hot alkalis. There was no weight loss at all even after 2 days of immersion in water, and no change in appearance was observed. Furthermore, it is impossible to easily dissolve the whiskers in hot aqua regia, and the only way to decompose and dissolve the whiskers is to melt them with sodium pyrosulfate, sodium hydroxide, or the like. The aluminum borate whiskers of the present invention have acid resistance, alkali resistance, chemical resistance, heat insulation properties, heat resistance,
It has excellent neutron absorption ability and electrical insulation, and is extremely useful as a reinforcing material for thermoplastic resins, thermosetting resins, cement, ceramics, metals, etc., as well as heat insulation materials, heat-resistant materials, and corrosion-resistant materials. (Example) The present invention will be specifically described below with reference to Examples. Example 1 7 g of aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), 3.7 g of orthoboric acid (H 3 BO 3 ), and 7 g of potassium chloride (KCl) as a melting agent were thoroughly ground and mixed in a mortar and placed in an alumina crucible. Place it in an electric furnace at 850℃3
Allow time to react. After slowly cooling the reaction, 200 c.c.
Crude aluminum borate whiskers are obtained by boiling with 1N hydrochloric acid to dissolve and remove the melting agent.
Subsequently, trace amounts of non-fibrous by-products are separated by decantation with water to obtain 1.0 g of aluminum borate whiskers. The whiskers thus obtained had an anharmonic melting point of 1050°C, and the molar ratio of Al 2 O 3 to B 2 O 3 determined by quantitative analysis of aluminum and boron was 1.97:1.00. The aluminum borate whiskers obtained by this method have a fiber diameter of 0.2 to 0.5 μm and a length of 2 to 15 μm. The scanning electron micrograph is shown in Figure 1, and the powder X-ray diffraction data is shown in ASTM29-10 data. They are also shown in Table 1. In Table 1, [220] [231]
The intensity of diffraction planes such as [440] and [341] is high, and the fiber axis can be estimated to be parallel or nearly parallel to these planes. In addition, powder X-ray diffraction data shows 2Al 2 O 3・B 2 O 3
No other diffraction peaks were observed, which, together with the results of elemental analysis, explains that whiskers with a single phase of 2Al 2 O 3 .B 2 O 3 were obtained in this example.

【表】 比較例 1 比較として次に溶融剤としてのアルカリ金属の
塩化物、硫酸塩または炭酸塩を用いない米国特許
出願第3080242号の方法に従つてホウ酸アルミニ
ウムウイスカーを合成してみた。 水酸化アルミニウム(Al(OH)3)1g及び酸
化ホウ素(B2O3)4.0gを乳鉢中で充分に粉砕混
合し、白金製るつぼに入れ電気炉中1400℃30分間
反応させ徐冷後、実施例1と同様な処理としてホ
ウ酸アルミニウムウイスカー0.40gを得た。こう
して得たウイスカーは繊維径約10μm、長さ100
〜500μmという大きなものであり、アルミニウ
ムとホウ素の定量分析により求めたAl2O3とB2O3
のモル比は2.76:1.00であつた。 実施例 2 水酸化アルミニウム(Al(OH)3)1.56gとオル
トホウ酸4.94g及び溶融剤として硫酸ナトリウム
(Na2SO4)3.0gを100c.c.の水に溶解または分散さ
せスラリー状にした後、撹拌しながら蒸発乾固し
たものをアルミナ製るつぼに入れ、電気炉中900
℃8時間反応させる。この後実施例1と同様に反
応物を処理し、ホウ酸アルミニウムウイスカー
(2Al2O3・B2O3)0.4gを得た。このウイスカー
は繊維径約0.1μm、長さ5〜10μmであつた。 実施例 3 硝酸アルミニウム9水和物(Al(NO33
9H2O)18.8gと四ホウ酸ナリウム2.5g及び溶融
剤として塩化ナトリウム(NaCl)と塩化カリウ
ム(KCl)の等モル混合物13gを乳鉢中で充分に
粉砕混合し、アルミナ製るつぼに入れ電気炉中
800℃8時間反応させ、徐冷後1000c.c.の水で煮沸
して溶融剤を溶解除去して粗製ホウ酸アルミニウ
ムウイスカーを得る。続いてデカンテーシヨンに
より微量の非繊維状副生物を分離した後、1N塩
酸で不純物を溶解除去し、純粋なホウ酸アルミニ
ウムウイスカー(2Al2O3・B2O3)1.2gを得た。
このウイスカーは繊維径約0.5μm、長さ約5μmで
あつた。 実施例 4 硫酸アルミニウム14〜18水和物(Al2(SO4314
〜18H2O)12gとオルトホウ酸3.7g及び溶融剤
として炭酸ナトリウム(Na2CO3)5.3gを乳鉢中
で充分に粉砕混合し、白金るつぼに入れ、電気炉
中1000℃1時間反応させた後、実施例1の手順に
従つて処理し、ホウ酸アルミニウムウイスカー
(2Al2O3・B2O3)2.5gを得た。このウイスカー
は繊維径1〜3μm、長さ20〜30μmであつた。 実施例 5 硫酸アルミニウム(AlK(SO42)12g、酸化
ホウ素(B2O3)2.5g及び溶融剤として硫酸ナト
リウム(Na2SO4)10gを乳鉢中で充分に粉砕混
合し、アルミナ製るつぼに入れ、電気炉中900℃
4時間反応させた後、実施例1の手順に従つて処
理し、ホウ酸アルミニウムウイスカー
(2Al2O3・B2O3)1.5gを得た。このウイスカー
は繊維径約1μm、長さ20〜50μmであつた。
[Table] Comparative Example 1 As a comparison, aluminum borate whiskers were synthesized according to the method of US Patent Application No. 3,080,242, which does not use an alkali metal chloride, sulfate or carbonate as a melting agent. 1 g of aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) and 4.0 g of boron oxide (B 2 O 3 ) were sufficiently pulverized and mixed in a mortar, placed in a platinum crucible, reacted at 1400°C for 30 minutes in an electric furnace, and then slowly cooled. 0.40 g of aluminum borate whiskers were obtained in the same manner as in Example 1. The whiskers obtained in this way have a fiber diameter of approximately 10 μm and a length of 100 μm.
It is large, ~500μm, and Al 2 O 3 and B 2 O 3 determined by quantitative analysis of aluminum and boron.
The molar ratio of was 2.76:1.00. Example 2 1.56 g of aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), 4.94 g of orthoboric acid, and 3.0 g of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) as a melting agent were dissolved or dispersed in 100 c.c. of water to form a slurry. After that, the mixture was evaporated to dryness while stirring, and then placed in an alumina crucible and heated in an electric furnace for 900 m
React at ℃ for 8 hours. Thereafter, the reaction product was treated in the same manner as in Example 1 to obtain 0.4 g of aluminum borate whiskers (2Al 2 O 3 .B 2 O 3 ). This whisker had a fiber diameter of about 0.1 μm and a length of 5 to 10 μm. Example 3 Aluminum nitrate nonahydrate (Al(NO 3 ) 3 .
18.8 g of 9H 2 O), 2.5 g of sodium tetraborate, and 13 g of an equimolar mixture of sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl) as a melting agent were thoroughly ground and mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and heated in an electric furnace. During ~
The reaction mixture was allowed to react at 800°C for 8 hours, and after being slowly cooled, it was boiled with 1000 c.c. of water to dissolve and remove the melting agent to obtain crude aluminum borate whiskers. Subsequently, after separating a trace amount of non-fibrous by-products by decantation, impurities were dissolved and removed with 1N hydrochloric acid to obtain 1.2 g of pure aluminum borate whiskers (2Al 2 O 3 .B 2 O 3 ).
This whisker had a fiber diameter of about 0.5 μm and a length of about 5 μm. Example 4 Aluminum sulfate 14-18 hydrate (Al 2 (SO 4 ) 3 14
~18H 2 O), 3.7 g of orthoboric acid, and 5.3 g of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) as a melting agent were thoroughly ground and mixed in a mortar, placed in a platinum crucible, and reacted for 1 hour at 1000°C in an electric furnace. Thereafter, it was treated according to the procedure of Example 1 to obtain 2.5 g of aluminum borate whiskers (2Al 2 O 3 .B 2 O 3 ). The whiskers had a fiber diameter of 1 to 3 μm and a length of 20 to 30 μm. Example 5 12 g of aluminum sulfate (AlK(SO 4 ) 2 ), 2.5 g of boron oxide (B 2 O 3 ), and 10 g of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) as a melting agent were thoroughly ground and mixed in a mortar, and alumina Place in a crucible and heat at 900℃ in an electric furnace.
After reacting for 4 hours, it was treated according to the procedure of Example 1 to obtain 1.5 g of aluminum borate whiskers (2Al 2 O 3 .B 2 O 3 ). This whisker had a fiber diameter of approximately 1 μm and a length of 20 to 50 μm.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の実施例1で得られるホウ酸
アルミニウム(2Al2O3・B2O3)ウイスカーの繊
維構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing the fiber structure of aluminum borate (2Al 2 O 3 .B 2 O 3 ) whiskers obtained in Example 1 of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 化学式 2Al2O3・B2O3(Al4B2O9) で表わされる組成をもち且つ0.05〜5μmの繊維
径、2〜50μmの長さ及び10〜100のアスペクト
比を有するホウ酸アルミニウムウイスカー。 2 アルミニウム水酸化物、及びアルミニウム無
機塩の中から選ばれた少なくとも一種のアルミニ
ウム供給成分と、ホウ素の酸化物、酸素酸、及び
そのアルカリ金属塩の中から選ばれた少なくとも
一種のホウ酸供給成分とをアルカリ金属の塩化
物、アルカリ金属の硫酸塩及びアルカリ金属の炭
酸塩の中から選ばれた少なくとも一種の溶融剤の
存在下600〜1000℃の温度に加熱して反応、育成
させることを特徴とするホウ酸アルミニウムウイ
スカーの製造方法。
[Claims] 1. A fiber having a composition represented by the chemical formula 2Al 2 O 3 B 2 O 3 (Al 4 B 2 O 9 ), a fiber diameter of 0.05 to 5 μm, a length of 2 to 50 μm, and a fiber diameter of 10 to 100 μm. Aluminum borate whiskers with aspect ratio. 2. At least one aluminum supplying component selected from aluminum hydroxide and aluminum inorganic salts, and at least one boric acid supplying component selected from boron oxides, oxyacids, and alkali metal salts thereof. and are reacted and grown by heating to a temperature of 600 to 1000°C in the presence of at least one type of melting agent selected from alkali metal chlorides, alkali metal sulfates, and alkali metal carbonates. A method for producing aluminum borate whiskers.
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