JPH05201800A - ホウ酸アルミニウムウイスカーの製造方法 - Google Patents

ホウ酸アルミニウムウイスカーの製造方法

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JPH05201800A
JPH05201800A JP3562892A JP3562892A JPH05201800A JP H05201800 A JPH05201800 A JP H05201800A JP 3562892 A JP3562892 A JP 3562892A JP 3562892 A JP3562892 A JP 3562892A JP H05201800 A JPH05201800 A JP H05201800A
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aluminum
whiskers
aqueous solution
boron
raw material
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JP3562892A
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Toichi Takagi
東一 高城
Hiroshi Inomata
浩 猪又
Kazuhiro Aizawa
相沢一裕
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 塩基性アルミニウム塩水溶液を用いることに
より、均一性が向上した形状の揃ったホウ酸アルミニウ
ムウイスカーを生産性高く製造することができる方法を
提供する。 【構成】 塩基性アルミニウム塩水溶液と、ホウ素成分
含有原料と溶融剤及び硫酸との混合物を熱処理すること
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
である。この製造方法によれば、形状の均一なホウ酸ア
ルミニウムウイスカーを製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はホウ酸アルミニウムウイ
スカーの製造方法に関する。本発明のウイスカーは機械
的強度、耐薬品性、断熱性、耐熱性、中性子吸収能及び
電気絶縁性に優れており、断熱材、耐熱材、耐食材の
他、特に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の有機材料やセ
メント、ガラス、各種セラミックス等の無機材料及びア
ルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の金
属材料の補強材として有用である。
【0002】
【従来技術】熱的、機械的に優れた性質を有するセラミ
ックス系のウイスカーは、大別して非酸化物系と酸化物
系とに分類される。非酸化物系は一般に融点が高く(19
00℃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ってしま
い用途が限定される。非酸化物系のウイスカーの例とし
ては炭化珪素、窒化珪素等が挙げられる。一方、酸化物
系には硫酸カルシウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸マ
グネシウム及びホウ酸アルミニウム(特開昭63-319298
及び特開昭63-319299 )等がある。これら酸化物系のウ
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
を用いるフラックス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特徴を持っている。酸化物系の
ウイスカーの中では、ホウ酸アルミニウムはアルミニウ
ムの強化材として使用した場合、非酸化物系ウイスカー
に匹敵する機械的強度を示すことが明らかにされ注目さ
れている(菅沼克昭:ニューセラミックス, No. 5, p63
〜69 (1990))。
【0003】機械的強度、耐薬品性に優れているホウ酸
アルミニウムウイスカーの製造方法としては、気相法と
溶融剤を用いるフラックス法とに大別できる。気相法と
しては、1000〜1400℃にて気体状態のフッ化アルミニウ
ムと酸化ホウ素中に水蒸気を通すことにより、4Al2O3・B
2O3の組成をもつウイスカーが得られることが知られて
いる(米国特許第3350166号)。
【0004】一方フラックス法としては、水酸化アルミ
ニウムと過剰の酸化ホウ素の混合物を1400℃熱処理する
ことにより、3Al2O3・ B2O3及び 9Al2O3・B2O3の組成のウ
イスカーを製造する方法(米国特許第3080242号)が知
られている。また、米国内務省鉱山局の報告によれば、
酸化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム及び塩化リチウ
ムの混合物を1200℃加熱することにより、2.5Al2O3・ B2
O3の組成をもつウイスカーが得られ、また酸化アルミニ
ウム、四ホウ酸ナトリウム及び酸化ホウ素の混合物を14
00℃に加熱することにより、4.8Al2O3・ B2O3の組成をも
つウイスカーが得られることが知られている(ビューロ
ー オブ マインズ レポート オブインヴェスティゲ
ーション"Bureau of Mines Report of Investigation 6
575" (1965) )。
【0005】国内では、9Al2O3・2B2O3の組成を有するウ
イスカー及びその製造方法(特開昭63-319298)及び2Al
2O3・B2O3の組成を有するウイスカー及びその製造方法
(特開昭63-319299)が知られている。さらにトリアル
カリアルミニウムトリサルフェートと無水ホウ酸成分含
有原料を混合し700〜1200℃で熱処理する方法(特開平2
-107600)、アルミニウム成分含有原料としての硫酸ア
ルミニウムと無水ホウ酸成分含有原料をアルカリ金属硫
酸塩及びアルカリ金属炭酸塩の存在下で1000〜1200℃で
熱処理する方法(特開平2-164797)、アルミニウム成分
含有原料としてアルミニウムの酸化物、水酸化物及びオ
キシ水酸化物のうち少なくとも一種及びアルミニウム硫
酸塩、無水ホウ酸成分含有原料及びアルカリ金属硫酸塩
の混合物を900 〜1200℃で熱処理する方法(特開平2-16
4798)、アルミニウム成分含有原料としてアルミニウム
の酸化物、水酸化物のうち少なくとも一種と、無水ホウ
酸成分含有原料と、アルカリ金属の硫酸塩及び塩化物の
うち少なくとも一種と硫酸の混合物を900 〜1200℃で熱
処理する方法(特開平3-131600)などがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のフラックス法で
はアルミニウム成分含有原料として酸化アルミニウム、
水酸化アルミニウム及び硫酸アルミニウムなどの無機塩
類の粉末原料が用いられているが、塩基性アルミニウム
塩水溶液を用いた製法は知られていない。本発明者ら
は、塩基性アルミニウム塩水溶液を用いることにより均
一性が向上し大きさの揃ったホウ酸アルミニウムウイス
カーを生産性高く製造できることを見い出し本発明を完
成するに至った。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、塩
基性アルミニウム塩水溶液、ホウ素成分含有原料、溶融
剤及び硫酸の混合物を熱処理することを特徴とするホウ
酸アルミニウム系ウイスカーの製造方法である。
【0008】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明でいう塩基性アルミニウム塩水溶液は、例えば塩化
物の場合、次の一般式で示される。 一般式: Al2(OH)nCl6-n 、 ここで、0<n<6
である。 塩化物以外のものとしては硝酸、酢酸或いはこれらの混
合物がある。塩基性アルミニウム塩水溶液の製造方法と
しては、塩酸、硝酸、酢酸或いはこれらの混合物に金属
アルミニウムを溶解するか、或いはアルミニウムの塩化
物、硝酸塩、酢酸塩またはこれらの混合物の水溶液に金
属アルミニウムを溶解する方法がある。金属アルミニウ
ムを溶解する温度としては50℃以上、好ましくは80℃以
上である。塩基性アルミニウム塩水溶液の濃度は特に限
定されないが熱処理工程での熱効率及び生産性を考慮す
ると安定な水溶液であればできる限り高濃度であること
が好ましい。
【0009】次にホウ素成分含有原料としては、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、四ホウ酸カリウム、メタホウ酸ナ
トリウム及びホウ素のアルコキシド化合物、例えばホウ
素エトキシド(B(OC2H5)3)等の公知の塩類などを挙げ
ることができ、これらを単独で用いてもよいし、また2
種以上混合してもよい。
【0010】本発明に用いる溶融剤の例としては、アル
カリ金属の硫酸塩及び塩化物が好適である。具体的に
は、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩
化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム及びこれら
の水和物であり、これらを単独で用いてもよいし、また
2種以上混合してもよい。
【0011】塩基性アルミニウム塩水溶液、ホウ素成分
含有原料及び溶融剤との配合割合は、目的とするホウ酸
アルミニウム系ウイスカーの組成によって異なる。例え
ば、ウイスカー中のAl2O3とB2O3とのモル比が 2:1のウ
イスカーの場合は、塩基性アルミニウム塩水溶液とホウ
素成分含有原料との混合割合は、塩基性アルミニウム塩
水溶液に含まれるアルミニウムとホウ素のモル比が 1:9
〜6:4となるような範囲であることが好ましく、溶融剤
は全重量の10〜95重量%の範囲が好ましい。また、Al2O
3とB2O3とのモル比が 9:2のウイスカーの場合は、塩基
性アルミニウム塩水溶液とホウ素供給成分の混合割合
は、塩基性アルミニウム塩水溶液に含まれるアルミニウ
ムとホウ素のモル比が 1:4〜9:1となるような範囲であ
ることが好ましく、溶融剤は全重量の10〜95重量%の範
囲が好ましい。
【0012】硫酸の添加量は、塩基性アルミニウム塩水
溶液に含まれるアルミニウムと硫酸のモル比が1:1〜1:1
0となるような範囲であることが好ましい。1:1よりも硫
酸の添加量が少ないとウイスカー以外の粒子形状の生成
物が生成しやすく、また、1:10モル%を越えて添加して
もその添加効果は向上しないからである。
【0013】次に塩基性アルミニウム塩水溶液にホウ素
成分含有原料と溶融剤及び硫酸を添加混合して混合物を
得る。得られた混合物を熱処理前に乾燥工程を行なって
も良い。熱処理温度は目的とするホウ酸アルミニウム系
ウイスカーの組成によって異なる。例えば、2Al2O3・B2O
3組成のウイスカーでは、温度 600℃〜1000℃が好まし
い。これは、温度が600 ℃未満では反応が不十分であ
り、また1000℃を越えると生成したウイスカー中の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。9Al2O3・2B2O3組成のウイスカーでは、温度 900℃〜
1200℃が好ましい。これは、温度が900 ℃未満では2Al2
O3・ B2O3組成のウイスカーが優先的に生成したり、原料
が未反応のまま残ってしまうためであり、また1200℃を
越えると生成したウイスカー中の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。4.8Al2O3・ B2
O3や9Al2O3・ B2O3などのB2O3量の少ない組成のウイスカ
ーでは、1400℃程度の高温が好適である。
【0014】溶融剤を含む反応生成物からホウ酸アルミ
ニウム系ウイスカーを単離するには、数規定程度の熱塩
酸、熱硫酸、熱硝酸或いはこれらの混合物、熱苛性ソー
ダまたは熱水などを用いて、溶融剤その他水溶性物質を
除去したのち充分に水洗する。水不溶性の副生物がある
場合には、デカンテーション等の処理で残留物からウイ
スカーを分離したのち、充分に水洗すればよい。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。 [実施例1〜4]金属アルミニウム粉末を塩酸に温度80
〜100℃で溶解して調製したAl:Clのモル比 1.83:1、Al2
O3換算濃度 2.01 mol/kgの塩基性アルミニウム塩水溶液
にホウ素成分含有原料(オルトホウ酸:H3BO3)及び溶
融剤(硫酸カリウム:K2SO4)及び濃硫酸を表1に示す
割合で混合した。ここで表1中のAlのモル比とは塩基性
アルミニウム塩水溶液中に含まれるアルミニウムのモル
量を金属 Al換算で示したものである。また、このアル
ミニウムのモル量と添加した硫酸のモル量の比をアルミ
ニウム:硫酸モル比として示した。次にこの混合物をア
ルミナ坩堝中で105℃、20時間乾燥後、空気中1120℃で3
時間熱処理した。この反応生成物を冷却し、塩酸(1規
定)を加えて煮沸し、溶融剤その他水溶性物質を除去し
たのち充分に水洗乾燥した。表1に得られたウイスカー
の収率、形状及びエックス線回折による結晶構造解析結
果を示した。ここで、太さ及び長さはウイスカーの電子
顕微鏡観察により測定した。また、結晶構造の欄で9A2B
は、Al18B4O33(9Al2O3・2B2O3)結晶構造を表す。
【0016】
【表1】
【0017】[実施例5〜6]塩化アルミニウム(AlCl
3・6H2O)を水に溶解し、さらに金属アルミニウム粉末を
温度80〜100 ℃で溶解して調製したAl:Clのモル比 1.2
1:1 、Al2O3換算濃度1.53 mol/kg の塩基性アルミニウ
ム塩水溶液を用いた以外は実施例1〜4と同様に処理し
た。その結果を表1に示す。
【0018】[比較例1〜2]塩化アルミニウム粉末
(AlCl3・6H2O)とホウ素成分含有原料(オルトホウ酸:
H3BO3)及び溶融剤(硫酸カリウム:K2SO4)並びに濃硫
酸を表1に示す割合で混合した。ここで表1中のAlのモ
ル比とは塩化アルミニウム中に含まれるアルミニウムの
モル量を金属 Al換算で示したものである。以下実施例
2〜3と同様に処理した。その結果を表1に示す。その
結果、得られたウイスカー太さ及び長さは実施例2及び
3と比較して大きくばらついており形状が揃っていない
ことがわかる。
【0019】
【発明の効果】本発明の方法によれば、塩基性アルミニ
ウム塩水溶液を用いることにより均一性が向上し、形状
の揃ったホウ酸アルミニウムウイスカーを生産性高く製
造することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩基性アルミニウム塩水溶液、ホウ素成
    分含有原料、溶融剤及び硫酸の混合物を熱処理すること
    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。
JP3562892A 1992-01-27 1992-01-27 ホウ酸アルミニウムウイスカーの製造方法 Pending JPH05201800A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017031016A (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 国立大学法人室蘭工業大学 ホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017031016A (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 国立大学法人室蘭工業大学 ホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法

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