JPH08277194A - 薄片状単斜ジルコニア微結晶の製造方法 - Google Patents

薄片状単斜ジルコニア微結晶の製造方法

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JPH08277194A
JPH08277194A JP11225395A JP11225395A JPH08277194A JP H08277194 A JPH08277194 A JP H08277194A JP 11225395 A JP11225395 A JP 11225395A JP 11225395 A JP11225395 A JP 11225395A JP H08277194 A JPH08277194 A JP H08277194A
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sulfuric acid
flaky
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monoclinic zirconia
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Etsuro Kato
悦朗 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長さが1.0から3.0μmの短冊状をした
単斜ジルコニア単結晶微粒子を大量に製造する。 【構成】 ジルコニウムの硫酸塩水溶液を200℃以上
の温度で水熱処理することにより先ず薄板状の含硫酸ジ
ルコニア微結晶を合成し、これを0.2mol/L以下
の希硫酸中に分散させ、150〜300℃の温度で再度
水熱処理を行うことにより、長さが1.0から3.0μ
mの短冊状をした単斜ジルコニア単結晶微粒子を大量に
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、液中に懸濁させて、塗料、被覆
材などとして、また乾燥後ゲル化して耐熱性の紙、フィ
ルム、などとして使用できる、幅が0.2μm以上、厚
さが0.05μm(500Å)以下、長さが1.0から
3.0μmの短冊状をした単斜ジルコニア単結晶微粒子
を安価に且つ大量に製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、単斜ジルコニアの超微粒子を水熱
的に合成する技術は知られているが、これは米粒状もし
くは超微粒子の凝集微粒子が殆どであり、幅の有る薄片
状微粒子としては、せいぜい幅が0.1μm程度以下
で、アスペクト比も5程度のもの以外は得られていなか
った。すなわち、幅が0.2μm以上、厚さが0.05
μm(500Å)以下、長さが1.0から3.0μmの
薄片状をした単斜ジルコニア単結晶微粒子を大量に合成
する技術は知られておらず、工業的に製造し、利用され
ることはなかった。
【0003】本発明者は多年に亙り、工業的に大量生産
が可能な300℃以下でのジルコニウム塩の水溶液の加
熱加水分解並びにその生成物について研究してきたが、
加熱加水分解生成物が単斜ジルコニアである場合の生成
微粒子の形状を大別すれば次のようである。塩酸系から
は、非常に稀薄な溶液から0.01μm程度の米粒状微
粒子、0.2〜0.8mol/L程度の塩酸酸性溶液か
らは0.01μm以下の多数の超微粒子からなる0.0
5〜0.3μm程度の凝集粒子、さらに濃厚な塩酸溶液
からは薄片状ではあるが、幅0.1μm長さ600Å程
度、アスペクト比3〜5程度の微粒子が生成する。
【0004】Zr塩及び硫酸イオンを含む硫酸酸性水溶
液では、母液の硫酸イオンの濃度に最も大きく依存し
て、硫酸イオンの濃度が高い場合には薄片状の含硫酸ジ
ルコニア微結晶(化学式ZrSO・HOの組
成を持つ六角板状層状化合物、ZOSと略称する)、硫
酸イオンの濃度が希薄になるに従ってZOSの先駆体ま
たは結晶性の不十分なもの(PZOSと略称)が生成
し、これらについては既に詳細に論文に発表した[李、
山井、加藤、日本セラミックス協会学術論文誌、97
113−118(1989)、及び永井、村瀬、小林、
加藤、日本セラミックス協会学術論文誌、102、84
4−847(1994)]。また、さらに希薄な母液か
らは、c軸方向に伸張した長さ1μm程度の2種類の異
方形状の単斜ジルコニア微結晶が同時的に生成すること
を別に報告した[C.−T.Li,I.Yamai,
Y.Murase,and E.Kato,J.Am.
Ceram.、72、1479−82(1989)]。
この2種類の一方は薄片状をした単結晶微粒子でほぼ本
発明による薄片状微粒子と同一であるが、他は繊維束状
をした双晶型微粒子で、これらは常に混在して生成し、
薄片状をした単結晶微粒子のみを製造することはできな
かった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来得られ
ていない、幅が0.2μm以上、厚さが0.05μm
(500Å)以下、長さが1.0から3.0μmの薄片
状をした単斜ジルコニア単結晶微粒子の有用性に着目
し、新しい2段階水熱処理方法を工夫することにより、
この薄片状単斜ジルコニアを大量に、工業的に提供しよ
うとするものである。
【0006】
【手段】本発明方法は、ジルコニウムの硫酸塩水溶液を
200℃以上の温度で水熱処理することにより先ず薄板
状の含硫酸ジルコニア微結晶を合成し、これを0.2m
ol/L以下の希硫酸中に分散させ、150〜300℃
の温度で再度水熱処理することを特徴とする。
【0007】
【作用】上述したように、含硫酸ジルコニウム化合物Z
OSは一定濃度範囲の硫酸溶液中で準安定的に生成す
る。特に硫酸濃度が1.5mol/L付近では、200
℃以上の温度では六角板状層状化合物結晶として生成す
る。しかし、この結晶は、高温で、硫酸酸性溶液中では
比較的安定であるが、周囲硫酸濃度が希薄になると、次
第に硫酸イオンを失って分解し、m−ZrOに変化す
ることが分かった。この水熱分解速度、即ちm−ZrO
の生成速度は当然周囲の硫酸濃度が希薄なほど速い。
【0008】さらに実験を続けた結果では、このZOS
の水熱分解によって生成するm−ZrOの粒子形状
も、周囲の硫酸濃度に大きく依存することが分かった。
すなわち、先ず硫酸濃度の比較的濃厚なZOS安定領域
でZOSを合成した後、次いでこのZOSを0.2mo
l/L以下の希硫酸中に分散させ、150〜300℃の
温度で再度水熱処理した場合に、比較的大きく成長した
薄片状の単斜ジルコニア単結晶微粒子が合成できること
が分かったのである。
【0009】
【実施例】以下、実験室的な実施例に従って、本発明の
薄片状単斜ジルコニア単結晶微粒子の製造方法をさらに
詳細に説明するが、本発明は勿論これに限定されるもの
ではない。
【0010】炭酸ジルコニル(ZrOCO・nH
O,Magnesium Electron社)を6
N硫酸中に撹拌溶解し、2.0mol/LのZrOSO
4水溶液を調製した。これをステンレス製外囲器中のテ
フロン容器(内容積25mL)に入れ、熱風循環恒温器
中、240℃、3日間の水熱処理により、六角板状をし
た多数のZOS微結晶を合成した。このZOS微結晶
を、Zr濃度として1.2mol/Lに相当する割合と
なるように、蒸留水、または0.2mol/Lまでの希
硫酸水溶液中に浸し、上記と同様に240℃で、5時間
〜14日間の再度の水熱処理を行った。その結果は次の
ようである。
【0011】処理条件を変化させた場合の代表的な生成
物のTEM観察の結果を図1〜図3に示す。蒸留水中の
場合には、5時間ですでに分解が進み、3日間処理では
分解が完了し、図1に示すように、極めて微細なm−Z
rO結晶となる。しかし初期硫酸濃度が0.005m
ol/Lの場合では、3日間処理後も未だ分解が完了せ
ず、六角形の角が円くなったZOSが残留し、図2に示
すような比較的大きく成長した薄片状をした異方形状の
m−ZrO結晶が共存して認められる。初期硫酸濃度
が高くなるに従ってZOSの分解速度は遅くなり、濃度
が0.05mol/Lの場合には完全に分解するのに2
週間を要した。この場合の生成物は、図3に示すような
比較的大きく伸張した薄片状単斜ジルコニア単結晶微粒
子であった。更に濃厚な0.1mol/Lの場合には、
分解速度は更に遅く分解完了に3週間以上を要したが、
ほぼ同様の生成物が得られた。
【0012】生成する薄片状単斜ジルコニア単結晶微粒
子の成長は、時間と共に次第に幅方向よりも主として長
さ方向に起こるようになり、ZOSの分解に長時間を要
する場合、すなわち初期硫酸濃度の濃いものほど、薄片
状のm−ZrO結晶が長くなる傾向が認められる。ま
た、蒸留水の場合を除き、初期硫酸濃度が低くなるに従
って、薄片状の幅は広くなるようである。
【0013】ZOSの結晶構造は、すでに論文として報
告したように[李、大門、村瀬、加藤、日本セラミック
ス協会学術論文誌、96、980−984(198
8)]、大凡次のようなものである。すなわち2層の酸
素六方網平面、1層のZr六方網平面、2層の酸素六方
網平面、1層のZr六方網平面、2層の酸素六方網平
面、が互いにずれて順番に重なった層状構造で、層面の
両側は歪んだSO4面体で安定化されている。2層の
Zr−O網平面は立方晶ZrOの(111)面と類似
した原子配置であり、SO 2−イオンの解離によっ
て、最初の原子配列を大きく崩すことなく、容易にZr
の結晶核を形成すると考えられる。
【0014】共存液が蒸溜水の場合には、薄片状ZOS
の表面から硫酸イオンが急速に離脱し、SO 2−イオ
ンの解離と同時に至る所でm−ZrO結晶核が多発
し、十分成長することなく分解が完了してm−ZrO
微結晶が生成する。しかし、0.005mol/L程度
以上の希硫酸中では、SO 2−イオンの解離と共にZ
OSの溶解も起こり、溶質分子はZOSの原子配置を保
って極めて薄い薄片状となるであろう。これは数枚が重
なって薄片状のZrOの結晶核が、ZOSに隣接した
付近で生成すると考えられる。
【0015】薄片状のZrO核の幅は、元のZOSの
結晶性の良いほど広くなるであろう。また共存溶液の硫
酸濃度が高くなるに従って、Zr溶質分子は小さくな
り、この幅は狭くなるであろう。ZOSの分解とZrO
核の生成に伴い、溶液中の硫酸濃度は僅かに増大す
る。従って、次なるZOSの分解は次第に、ZrO
形成よりも、m−ZrO結晶の成長に寄与するように
なる。結晶性の良いZOSが、0.05mol/L程度
の希硫酸中で水熱処理されると、その分解の結果生成す
るm−ZrO核は比較的幅の広い、薄い単結晶的なも
のであり、結果として薄片状の微粒子のみが成長するの
である。
【0016】ZOSを懸濁させる希硫酸の必要な濃度の
下限は必ずしも厳密には決定できなかったが、蒸留水の
みでは成長せず、0.005mol/L程度で十分であ
ることから、全体の傾向から見て、0.001mol/
L以上で効果があると考えられる。
【0017】なお、希硫酸中のZOSの懸濁量は、Zr
濃度として1.2mol/Lに相当する割合となるよう
にして実験を行ったが、この濃度は不可欠の要素ではな
い。更に低濃度の場合でも、本発明の薄片状単斜ジルコ
ニア微結晶を製造することは可能である。しかしZOS
の量が少なくなるほど生成する薄片状単斜ジルコニア微
結晶の量が少なくなり、製造上のメリットはない。ま
た、希硫酸中のZOSの懸濁量が多くなると、ジルコニ
アの生成に伴い液中の硫酸濃度が増大するので、分解完
了に過大な時間を要するようになる。実験の結果では、
ZOSの懸濁量はZr濃度として1.2mol/Lに相
当する割合の付近が最適と考えられる。
【0018】
【発明の効果】本発明により大量に製造可能となった薄
片状単斜ジルコニア微結晶は、耐熱性、高強度ジルコニ
ア結晶の特徴を持つ異方形状のジルコニア微粒子である
ので、液中に分散懸濁した状態では、塗料、被覆材など
として、またバルク、紙、フィルム、などのマイクロ繊
維集合物として耐火性、耐熱性、断熱性、高強度、超微
多孔性、無亀裂性、等の特性を有する成形物として使用
できる新しい材料を工業的に提供できるものである。従
って、有用な、多くの新しい製品の出現の可能性もあ
り、工業的、産業的に多大の効果を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ZOSを蒸留水中に懸濁し、240℃、3日間
の処理により得られた生成物の電子顕微鏡写真。
【図2】ZOSを初期硫酸濃度が0.005mol/L
の溶液中に懸濁し、240℃、3日間の処理により得ら
れた生成物の電子顕微鏡写真。
【図3】ZOSを初期硫酸濃度が0.05mol/Lの
溶液中に懸濁し、240℃、14日間の処理により得ら
れた生成物の電子顕微鏡写真。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジルコニウムの硫酸塩水溶液を200℃以
    上の温度で水熱処理することにより先ず薄板状の含硫酸
    ジルコニア微結晶を合成し、これを0.2mol/L以
    下の希硫酸中に分散させ、150〜300℃の温度で再
    度水熱処理することを特徴とする薄片状単斜ジルコニア
    微結晶の製造方法。
JP11225395A 1995-03-31 1995-03-31 薄片状単斜ジルコニア微結晶の製造方法 Pending JPH08277194A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008526669A (ja) * 2004-12-30 2008-07-24 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ジルコニア粒子
WO2015087888A1 (ja) * 2013-12-11 2015-06-18 日本碍子株式会社 多孔質板状フィラー、及び断熱膜
WO2015087887A1 (ja) * 2013-12-11 2015-06-18 日本碍子株式会社 多孔質板状フィラー、及び断熱膜

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008526669A (ja) * 2004-12-30 2008-07-24 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ジルコニア粒子
WO2015087888A1 (ja) * 2013-12-11 2015-06-18 日本碍子株式会社 多孔質板状フィラー、及び断熱膜
WO2015087887A1 (ja) * 2013-12-11 2015-06-18 日本碍子株式会社 多孔質板状フィラー、及び断熱膜

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