JPH0930872A - Porous inorganic material and its production - Google Patents

Porous inorganic material and its production

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JPH0930872A
JPH0930872A JP20277295A JP20277295A JPH0930872A JP H0930872 A JPH0930872 A JP H0930872A JP 20277295 A JP20277295 A JP 20277295A JP 20277295 A JP20277295 A JP 20277295A JP H0930872 A JPH0930872 A JP H0930872A
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JP
Japan
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aluminum
oxide
whiskers
compound
heated
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JP20277295A
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Japanese (ja)
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Takeoki Ri
建興 李
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Nichias Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable ready use of properties of whiskers at their maximum by making mutual bonds of whiskers of an aluminum borate whisker group share aluminum borate constituted by the mutual bonds of whiskers of an aluminum borate whisker group. SOLUTION: (A) Aluminum oxide or an aluminum compound which is heated at <=1,000 deg.C in air to form aluminum oxide is uniformly mixed with (B) a boron oxide (boron trioxide, B2 o3 ) or a compound which is heated at 1,000 deg.C in air to form a boron oxide and (C) a nickel auxiliary such as nickel hydroxide in a powdery state in the molar ratio of Al2 O3 :B2 O3 of 9:2 to 9:6 so that the amount of the component C is 0.1-10wt.% calculated as nickel oxide based on the total of the components A and B. The mixture is compression molded to give a compact having 0.4-1.5g/cm<3> density. The compact is heated in an air atmosphere at 1,100-1,400 deg.C so as to grow crystal of aluminum borate having 9Al2 O3 .2B2 O3 composition in a whisker state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は多孔質無機材料およ
びその製造法に関するものであり、さらに詳しくは、ウ
ィスカー強化金属材料(WRM)等製造用の補強材、高
温用の構造材、断熱材、摩擦材、濾材等に有用な、ホウ
酸アルミニウムウィスカーからなる多孔質無機材料とそ
の製造法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a porous inorganic material and a method for producing the same, and more particularly, to a reinforcing material for producing a whisker reinforced metal material (WRM), a structural material for high temperature, a heat insulating material, The present invention relates to a porous inorganic material composed of aluminum borate whiskers, which is useful as a friction material, a filter material, and the like, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ホ
ウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化チタン等か
らなるセラミックス系のウィスカーは、機械的特性、耐
熱性、耐食性、断熱性、耐摩耗性、電気絶縁性などにす
ぐれているため、そのまま、あるいは成形物にして、多
くの分野で利用されるようになった。
2. Description of the Related Art Ceramic type whiskers made of silicon nitride, silicon carbide, alumina, aluminum borate, potassium titanate, titanium oxide, etc. have mechanical properties, heat resistance, corrosion resistance, heat insulation, abrasion resistance and electrical insulation. Because of its excellent properties, it has come to be used in many fields as it is or as a molded product.

【0003】近年普及しつつあるウィスカーの用途の一
つは、ウィスカーをあらかじめプリフォームと呼ばれる
多孔質成形体に成形しておき、その空隙部分に溶融金属
を圧入することによって、ウィスカーで補強された金属
材料・WRMを得る方法である。
One of the uses of whiskers which has become widespread in recent years is that the whiskers are reinforced by being preformed into a porous molded body called a preform and then the molten metal is press-fitted into the voids. This is a method of obtaining a metal material / WRM.

【0004】ウィスカーからなるプリフォームは、従
来、結合剤と共に水に分散させたウィスカーを脱水成形
して乾燥、焼成を行う方法により作られている。しかし
ながら、この方法には幾つかの問題点があった。まず、
ウィスカーは軽く微細なため、水に分散させる工程で飛
散し易く、それを作業者が吸入すると健康を害すること
があるので、厳重な飛散防止対策が必要である。また、
ウィスカー分散液が脱水成形される過程で針状のウィス
カーが特定の方向に配向したり偏在したりするのが避け
られず、その配向と偏在はそのままプリフォームに引き
継がれてしまう。言うまでもなく、ウィスカーが配向し
たり不均一に分布しているプリフォームを用いたので
は、一様な補強効果は期待できない。さらに、製造に用
いる結合剤によってプリフォームの強度、耐熱性等の物
性が大きな影響を受けるので、ウィスカーそのものの優
れた性質を100%生かすことができない。加えて、脱
水成形から焼成を終わるまでの間の体積変化が大きいか
ら、所定の密度と寸法精度を有するプリフォームを得る
ことも困難である。
Preforms made of whiskers have hitherto been produced by a method in which whiskers dispersed in water together with a binder are dehydrated, dried, and fired. However, this method has some problems. First,
Since the whiskers are light and fine, they easily scatter in the process of dispersing in water, and if workers inhale them, it may be harmful to their health, so strict measures against scattering are necessary. Also,
It is unavoidable that needle-shaped whiskers are oriented or unevenly distributed in a specific direction during the process of dehydration molding of the whisker dispersion liquid, and the orientation and uneven distribution are directly inherited by the preform. Needless to say, a uniform reinforcing effect cannot be expected by using a preform in which whiskers are oriented or non-uniformly distributed. Further, the physical properties such as strength and heat resistance of the preform are greatly influenced by the binder used in the production, so that the excellent properties of the whiskers themselves cannot be fully utilized. In addition, it is difficult to obtain a preform having a predetermined density and dimensional accuracy because the volume change from dehydration molding to the end of firing is large.

【0005】同様の問題点は、プリフォームに限らずウ
ィスカーの成形物を利用しようとする他の用途分野にお
いても指摘され、ウィスカーの優れた性質の活用を困難
にしていた。
Similar problems have been pointed out not only in preforms but also in other fields of application in which molded products of whiskers are used, making it difficult to utilize the excellent properties of whiskers.

【0006】特公平6−33193号公報には、ウィス
カーからなる成形体製造に伴う上述のような問題点をム
ライトウィスカー製のものについては解決することに成
功した硬質ムライトウィスカーフェルトの製造法が記載
されている。この製造法では、AlF3とSiO2の混合物
から素地を形成させ、これを無水SiF4雰囲気中で約7
00〜950℃に加熱することによりAlF3とSiO2
ら棒状のトパーズ結晶を形成させ、さらに約1150〜
1700℃に加熱して上記トパーズ結晶を針状の単結晶
ムライトウィスカーに変換する。この方法によれば、成
形された素地中での反応によりムライトウィスカーが形
成され、そのウィスカーは形成過程で相互に結合するか
ら、ウィスカーの形成が終わると同時にウィスカー成形
体も完成する。したがって、多くの困難を伴うウィスカ
ーの脱水成形は不要になり、且つ製品はウィスカーの脱
水成形に由来する前述の欠点を有しない。
[0006] Japanese Patent Publication No. 6-33193 discloses a method for producing a hard mullite whisker felt which has succeeded in solving the above-mentioned problems associated with the production of a molded body composed of whiskers for a mullite whisker. Have been. In this production method, a green body is formed from a mixture of AlF 3 and SiO 2 , and is formed in an anhydrous SiF 4 atmosphere for about 7 hours.
By heating to 100 to 950 ° C., rod-like topaz crystals are formed from AlF 3 and SiO 2.
By heating to 1700 ° C., the above topaz crystals are converted into needle-like single crystal mullite whiskers. According to this method, mullite whiskers are formed by a reaction in the formed base material, and the whiskers are bonded to each other during the formation process, so that the formation of the whisker is completed at the same time when the formation of the whiskers is completed. Therefore, the whisker dewatering with many difficulties is not required, and the product does not have the above-mentioned disadvantages derived from the whisker dewatering.

【0007】しかしながら、有利とみえるこの製造法
も、有毒な無水SiF4雰囲気での焼成を必要とするため
装置や工程管理に費用が嵩むという問題点があり、実施
は容易ではない。言うまでもなく、製品はムライト質の
ものに限られ、用途はおのずから限定される。このよう
な、ウィスカーの生成と多孔質成形体の形成を並行して
進行させる方法は、他の化学組成のウィスカーについて
はまだ知られていなかった。
However, this production method, which is considered to be advantageous, has a problem in that it requires calcination in a toxic anhydrous SiF 4 atmosphere, so that the cost of equipment and process management increases, and implementation is not easy. Needless to say, the products are limited to those of mullite quality, and their uses are naturally limited. Such a method of causing the generation of whiskers and the formation of the porous molded body to proceed in parallel has not been known for whiskers having other chemical compositions.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、ウィ
スカーの優れた性質を最高度に且つ容易に活用すること
を可能にする、ウィスカーのみからなる新規な高物性多
孔質無機材料を提供しようとするものである。
Therefore, the present invention intends to provide a novel high-physical porous inorganic material consisting only of whiskers, which makes it possible to utilize the excellent properties of whiskers to the maximum extent and easily. To do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明が提供することに
成功した新規多孔質無機材料は、均一かつランダムに分
布したホウ酸アルミニウムウィスカー群よりなり、各ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーは少なくとも1カ所で他の
ウィスカーと結合しており、ウィスカー相互の結合が該
ウィスカーを構成するホウ酸アルミニウムを共有するこ
とによるものであることを特徴とする。
The novel porous inorganic material successfully provided by the present invention comprises a group of uniformly and randomly distributed aluminum borate whiskers, each aluminum borate whisker being at least one other place. And the whiskers are bonded to each other by sharing the aluminum borate constituting the whiskers.

【0010】すなわち、この多孔質無機材料において
は、ウィスカーは結合剤によらずに個々のウィスカーを
構成するホウ酸アルミニウムを共有することによって結
合しているが、それは、ホウ酸アルミニウムウィスカー
がその成長過程で他のウィスカーと接触したとき接触部
分においてウィスカー構成物質であるホウ酸アルミニウ
ムの一部を共有しつつさらに成長したことにより形成さ
れた結合状態である。
That is, in this porous inorganic material, the whiskers are bonded by sharing the aluminum borate forming the individual whiskers without using a binder, and the aluminum borate whiskers grow. It is a bonded state formed by further growth while sharing a part of aluminum borate, which is a constituent of the whiskers, in the contact portion when the whiskers come into contact with other whiskers in the process.

【0011】したがって、本発明による多孔質無機材料
においては、ウィスカー側面同士の融着に似た結合のほ
か、一方のウィスカーが他方のウィスカーを貫いて交差
するという、あらかじめ作られたウィスカーを結合剤で
接着するか焼結させた場合には決して見られない態様の
結合が存在する。
Therefore, in the porous inorganic material according to the present invention, in addition to the bond similar to the fusion between the side surfaces of the whiskers, a whisker prepared in advance in which one whisker crosses through the other whisker is used as a binder. There is a form of bonding that is never seen when glued or sintered in.

【0012】全体が無配向の、まったくランダムに(し
かし均一に)分布したウィスカーのみからなることによ
り、且つウィスカー相互の結合が結合剤によらずにウィ
スカー構成物質を共有することにより形成された結合で
あることにより、本発明の多孔質無機材料は、従来の結
合剤使用ウィスカー成形体やウィスカー焼結体とは比較
にならないほど高い強度と高度の耐熱性および耐食性を
示す。
Bonds formed entirely by non-oriented, entirely randomly (but uniformly) distributed whiskers, and the bonds between the whiskers are formed by sharing the whisker constituents without the use of a binder. Therefore, the porous inorganic material of the present invention exhibits high strength and high heat resistance and corrosion resistance that are incomparable to those of conventional whisker moldings using a binder and sintered whiskers.

【0013】上記本発明による多孔質無機材料は、酸化
アルミニウムまたは空気中で加熱されると酸化アルミニ
ウムを生成するアルミニウム化合物と、酸化ホウ素また
は空気中で加熱されると酸化ホウ素を生成するホウ素化
合物と、酸化ニッケル、ニッケルまたは空気中で加熱さ
れると酸化ニッケルを生成するニッケル化合物とを、粉
末状態で均一に混合し、得られた混合物を型内で圧縮し
て成形し、得られた成形物を加熱してアルミニウム化合
物とホウ素化合物からホウ酸アルミニウムウィスカーを
生成させる方法により製造することができる。
The porous inorganic material according to the present invention comprises an aluminum compound which produces aluminum oxide when heated in aluminum oxide or air, and a boron compound which produces boron oxide when heated in boron oxide or air. , Nickel oxide, nickel or a nickel compound that produces nickel oxide when heated in air is uniformly mixed in a powder state, and the resulting mixture is compressed in a mold to form a molded product. Can be produced by a method of heating aluminum borate whiskers from an aluminum compound and a boron compound.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、このホウ酸アルミニウムウ
ィスカーからなる多孔質無機材料の製造法について詳述
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method for producing a porous inorganic material comprising aluminum borate whiskers will be described in detail below.

【0015】原料とするアルミニウム化合物は、酸化ア
ルミニウム、または空気中で加熱されると酸化アルミニ
ウムを生成するアルミニウム化合物(以下、酸化アルミ
ニウム前駆体という)である。酸化アルミニウム前駆体
として使用可能なアルミニウム化合物は、望ましくは約
1000℃以下の空気中加熱により酸化アルミニウムを
生じるものであって、その好ましい具体例としては、水
酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウ
ム、塩化アルミニウムなどがある。
The aluminum compound used as a raw material is aluminum oxide or an aluminum compound that produces aluminum oxide when heated in air (hereinafter referred to as aluminum oxide precursor). The aluminum compound that can be used as the aluminum oxide precursor is one that produces aluminum oxide by heating in air, preferably at about 1000 ° C. or lower, and preferred specific examples thereof include aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, and chloride. Aluminum etc.

【0016】アルミニウム化合物と反応させるホウ素化
合物としては、酸化ホウ素(三酸化ホウ素・B23)ま
たは望ましくは約1000℃以下の空気中加熱により酸
化ホウ素を生成するホウ素化合物(以下、酸化ホウ素前
駆体という)たとえばホウ酸(H3BO3)、四ホウ酸
(H247)、メタホウ酸(HBO2)等を用いる。
The boron compound to be reacted with the aluminum compound is boron oxide (boron trioxide.B 2 O 3 ) or, preferably, a boron compound which produces boron oxide by heating in air at about 1000 ° C. or lower (hereinafter, boron oxide precursor). For example, boric acid (H 3 BO 3 ), tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ), metaboric acid (HBO 2 ), etc. are used.

【0017】上述のアルミニウム化合物とホウ素化合物
が高温で反応してホウ酸アルミニウムを生じるときそれ
からウィスカーを形成させるために、酸化ニッケル、ニ
ッケル金属粉、または空気中で加熱されると酸化ニッケ
ルを生成するニッケル化合物(以下、これらを総称して
ニッケル助剤という)を用いる。アルミニウム化合物と
ホウ素化合物だけでは、ホウ酸アルミニウムは生じても
そのウィスカーは形成されない(ただし、ニッケル助剤
が共存するとなぜホウ酸アルミニウムウィスカーが形成
されるのかは定かでない。)。酸化ニッケル源として使
用可能なニッケル化合物の好ましい具体例としては、水
酸化ニッケル、塩化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッ
ケル等がある。これらは2種以上を併用してもよい。
Nickel oxide, nickel metal powder, or nickel oxide when heated in air to form whiskers from the reaction of the aluminum compound and boron compound described above at high temperature to form aluminum borate. A nickel compound (hereinafter, collectively referred to as a nickel auxiliary agent) is used. The aluminum compound and the boron compound alone do not form the whiskers of aluminum borate, although it is not clear why the aluminum borate whiskers are formed in the presence of the nickel auxiliary. Specific preferred examples of the nickel compound that can be used as the nickel oxide source include nickel hydroxide, nickel chloride, nickel carbonate and nickel sulfate. These may be used in combination of two or more.

【0018】上述のアルミニウム化合物、ホウ素化合物
およびニッケル助剤は微粉末状にして均一に混合する。
混合比は、Al23:B23のモル比が9:2ないし
9:6となるように、且つ、アルミニウム化合物とホウ
素化合物との合計量に対してニッケル助剤が酸化ニッケ
ル換算量で0.1〜10重量%程度(特に望ましくは約
1〜2重量%)になるようにすることが望ましく、それ
により、耐熱性が特に優れた9Al23・2B23の組成
を有するホウ酸アルミニウムウィスカーを効率よく形成
させることができる。
The above-mentioned aluminum compound, boron compound and nickel auxiliary are made into a fine powder and uniformly mixed.
The mixing ratio is such that the molar ratio of Al 2 O 3 : B 2 O 3 is 9: 2 to 9: 6, and the nickel auxiliary is converted into nickel oxide based on the total amount of the aluminum compound and the boron compound. about 0.1 to 10% by weight (particularly preferably about 1-2 wt%) it is desirable to be in, whereby the composition of 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 heat resistance is particularly excellent It is possible to efficiently form the aluminum borate whiskers having.

【0019】均一な混合物が得られたならば、それを成
形用型に入れ、圧縮して成形する。成形圧を大きくして
成形物の密度を高くすれば製品の密度も高くなる。成形
圧を調節することにより、密度が約0.4〜1.5g/cm3
(空隙率では約86〜50%)の製品を得ることができ
る。それ以上低密度の製品を得るためには、澱粉等の粉
末状有機物を成形原料に混合しておく方法が有効であ
る。混入された粉末状有機物は、後のウィスカー形成工
程で焼失し、空隙を残して製品密度を低下させる。この
方法により、密度が約0.15g/cm3(空隙率で約95
%)までの低密度製品を得ることができる。
Once a homogeneous mixture is obtained, it is placed in a mold and compressed to form. If the molding pressure is increased to increase the density of the molded product, the density of the product also increases. By adjusting the molding pressure, the density is about 0.4-1.5g / cm 3
A product having a porosity of about 86 to 50% can be obtained. In order to obtain a product having a lower density than that, it is effective to mix a powdery organic substance such as starch with a forming raw material. The mixed powdery organic matter is burned off in the subsequent whisker forming step, leaving voids to reduce the product density. By this method, the density is about 0.15 g / cm 3 (porosity is about 95
%) Low density products can be obtained.

【0020】成形を容易にするための成形助剤は、ウィ
スカー形成の妨げにならない範囲で用いることは差し支
えないが、本発明の製造法において必須のものではな
い。
The molding aid for facilitating the molding may be used within a range that does not hinder the formation of whiskers, but it is not essential in the production method of the present invention.

【0021】型から取り出した成形物は、加熱炉に移し
て加熱する。雰囲気は空気でよい。原料化合物として酸
化アルミニウム前駆体や酸化ホウ素前駆体を用いた場合
は、昇温過程においてそれから酸化物が生じる。酸化ア
ルミニウムと酸化ホウ素からホウ酸アルミニウムウィス
カーを生成させるのに必要な温度は、約1100〜14
00℃である。この温度では酸化ホウ素はかなり気化す
るので、雰囲気の酸化ホウ素分圧は上昇する。
The molded product taken out of the mold is transferred to a heating furnace and heated. The atmosphere may be air. When an aluminum oxide precursor or a boron oxide precursor is used as a raw material compound, an oxide is generated from the precursor during the heating process. The temperature required to produce aluminum borate whiskers from aluminum oxide and boron oxide is about 1100-14.
00 ° C. At this temperature, the boron oxide vaporizes considerably, so that the partial pressure of boron oxide in the atmosphere rises.

【0022】酸化ニッケルの存在下に酸化アルミニウム
と酸化ホウ素が反応すると、通常9Al23・2B23
組成を有するホウ酸アルミニウムの結晶が、ウィスカー
状に成長する。ウィスカー成長の起点は原料化合物成形
物中に均一に分布し、かつ成長方向は三次元的にまった
くランダムである。このウィスカー形成が密に成形され
た成形物中で進行するため、成長中のウィスカーは同様
に成長しつつある他のウィスカーと接触することにな
る。接触点では双方のウィスカーに共有されるホウ酸ア
ルミニウムが生成し、ウィスカー同士の結合が生じる。
[0022] Boron oxide and aluminum oxide in the presence of nickel oxide reacts, crystals of aluminum borate having a composition of normal 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 is grown to a whisker. The starting points of whisker growth are uniformly distributed in the raw material compound molded product, and the growth direction is three-dimensionally random. Since this whisker formation proceeds in the densely molded product, the growing whiskers come into contact with other growing whiskers as well. At the contact point, aluminum borate shared by both whiskers is formed, and the whiskers are bonded to each other.

【0023】ホウ酸アルミニウムウィスカーを形成する
反応が終わった後も残った過剰の酸化ホウ素は、さらに
加熱を続けてそれを気化させることによりすべて除去す
ることができる(過剰の酸化ホウ素は、ウィスカー形成
反応終了後、熱水で洗浄して溶解させる方法により除去
することもできる。)。
Excess boron oxide remaining after the reaction to form aluminum borate whiskers can be completely removed by further heating and vaporizing it (excess boron oxide is formed by whisker formation). After completion of the reaction, it can be removed by a method of washing with hot water to dissolve it.).

【0024】反応終了後、放冷すると、ホウ酸アルミニ
ウムウィスカーからなる多孔質無機材料が得られる。製
品は、加熱前の原料成形物と実質的に同一の形状のもの
であり、構造変化にともなう収縮は大きくても10%程
度にとどまる。加熱前成形物の密度と過剰の酸化ホウ素
の量によって決まる微細な連通空隙が製品中に残り、該
空隙の体積は、通常、製品体積の5〜50%である。そ
の結果、製品の密度は0.15〜1.5g/cm3程度とな
る。
After completion of the reaction, the reaction mixture is left to cool to obtain a porous inorganic material composed of aluminum borate whiskers. The product has substantially the same shape as the raw material molded product before heating, and the shrinkage due to the structural change is about 10% at the maximum. Fine communicating voids, which are determined by the density of the pre-heated molded product and the amount of excess boron oxide, remain in the product, and the volume of the voids is usually 5 to 50% of the product volume. As a result, the product density is about 0.15 to 1.5 g / cm 3 .

【0025】ウィスカーの形成に関与したニッケル助剤
は、酸化物の形で、ウィスカーのホウ酸アルミニウムに
固溶すると思われる。
The nickel aids involved in the formation of whiskers are believed to form a solid solution in the form of oxides in the whiskers aluminum borate.

【0026】本発明による多孔質無機材料は、製造工程
で与えられた形状のまま、あるいは適宜切削加工を施し
て、任意の用途に利用することができる。たとえば、ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーの優れた耐熱性および耐食
性、ならびに構成物質共有結合に基づく高強度を生かし
て、WRMその他の複合材料製造用プリフォーム、高温
用の構造材、断熱材、濾材等に使用することができる。
The porous inorganic material according to the present invention can be used for any purpose as it is in the shape given in the manufacturing process or by appropriately cutting. For example, by utilizing the excellent heat resistance and corrosion resistance of aluminum borate whiskers and high strength based on covalent bonding of constituent substances, it is used for WRM and other composite material manufacturing preforms, high temperature structural materials, heat insulating materials, filter media, etc. can do.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

実施例1 酸化アルミニウム前駆体として水酸化アルミニウムを1
0g、酸化ホウ素前駆体としてオルトホウ酸(H3
3)を3.5g、酸化ニッケルを0.13g、乳鉢で十
分混合し、ダイスに充填して圧縮することにより密度
0.32g/cm3の成形物を得、それを電気炉に入れて12
50℃に6時間加熱し、ホウ酸アルミニウムウィスカー
を生成させた。その後、残存酸化ホウ素を気化させて除
去するため、同温度でさらに4時間加熱してから放冷し
た。
Example 1 Aluminum hydroxide was used as an aluminum oxide precursor.
0 g, orthoboric acid (H 3 B) as a boron oxide precursor
O 3 ), 3.5 g, nickel oxide, 0.13 g, were thoroughly mixed in a mortar, filled in a die and compressed to obtain a molded product having a density of 0.32 g / cm 3 , which was placed in an electric furnace. 12
It heated at 50 degreeC for 6 hours, and produced the aluminum borate whisker. After that, in order to vaporize and remove the residual boron oxide, it was heated at the same temperature for 4 hours and then left to cool.

【0028】重量7.66g、密度0.47g/cm3、圧縮
強度70kgf/cm2の多孔質無機材料が得られ、この材料
を構成するホウ酸アルミニウムウィスカーの平均直径は
0.6μm、長さは20〜30μmであった。図1はこの
材料の走査電子顕微鏡写真(倍率2000倍)である。
A porous inorganic material having a weight of 7.66 g, a density of 0.47 g / cm 3 and a compressive strength of 70 kgf / cm 2 was obtained. The aluminum borate whiskers constituting this material had an average diameter of 0.6 μm and a length. Was 20 to 30 μm. FIG. 1 is a scanning electron micrograph (magnification: 2000) of this material.

【0029】実施例2 酸化アルミニウム前駆体として水酸化アルミニウムを1
0g、酸化ホウ素前駆体としてオルトホウ酸(H3
3)を3.5g、酸化ニッケルを0.13g、乳鉢で十
分混合し、ダイスに充填して圧縮することにより密度
0.45g/cm3の成形物を得、それを電気炉に入れて12
50℃に10時間加熱してホウ酸アルミニウムウィスカ
ーを生成させた。放冷後、重量7.66g、密度0.71
g/cm3、圧縮強度105kgf/cm2の多孔質無機材料が得ら
れた。この材料を構成するホウ酸アルミニウムウィスカ
ーの平均直径は0.6μm、長さは20〜30μmであっ
た。
Example 2 1 part of aluminum hydroxide was used as a precursor of aluminum oxide.
0 g, orthoboric acid (H 3 B) as a boron oxide precursor
O 3 ) 3.5 g, nickel oxide 0.13 g, were mixed well in a mortar, filled in a die and compressed to obtain a molded product having a density of 0.45 g / cm 3 , which was placed in an electric furnace. 12
It heated at 50 degreeC for 10 hours, and produced the aluminum borate whisker. After cooling down, the weight is 7.66g and the density is 0.71.
A porous inorganic material having g / cm 3 and a compressive strength of 105 kgf / cm 2 was obtained. The aluminum borate whiskers constituting this material had an average diameter of 0.6 μm and a length of 20 to 30 μm.

【0030】実施例3 酸化アルミニウム前駆体として水酸化アルミニウムを1
0g、酸化ホウ素前駆体としてオルトホウ酸(H3
3)を2.19g、酸化ニッケルを0.1g、乳鉢で十
分混合し、ダイスに充填して圧縮することにより密度
0.65g/cm3の成形物を得、それを電気炉に入れて13
00℃に6時間加熱してホウ酸アルミニウムウィスカー
を生成させた。加熱終了後、残存酸化ホウ素を気化させ
て除去するため、1250℃でさらに4時間加熱した。
Example 3 One aluminum hydroxide was used as an aluminum oxide precursor.
0 g, orthoboric acid (H 3 B) as a boron oxide precursor
2.19 g of O 3 ) and 0.1 g of nickel oxide were thoroughly mixed in a mortar, filled in a die and compressed to obtain a molded product having a density of 0.65 g / cm 3 , which was placed in an electric furnace. Thirteen
It heated at 00 degreeC for 6 hours, and produced the aluminum borate whisker. After the heating was completed, heating was further performed at 1250 ° C. for 4 hours in order to vaporize and remove the residual boron oxide.

【0031】放冷後、重量7.63g、密度0.94g/cm
3、圧縮強度150kgf/cm2の多孔質無機材料が得られ
た。この材料を構成するホウ酸アルミニウムウィスカー
の平均直径は0.8μm、長さは10〜20μmであっ
た。
After cooling, the weight was 7.63 g and the density was 0.94 g / cm.
3. A porous inorganic material having a compressive strength of 150 kgf / cm 2 was obtained. The aluminum borate whiskers constituting this material had an average diameter of 0.8 μm and a length of 10 to 20 μm.

【0032】実施例4 酸化アルミニウム前駆体として硫酸アルミニウムを22
g、酸化ホウ素前駆体として酸化ホウ素を1.97g、
酸化ニッケルを0.13g、乳鉢で十分混合し、ダイス
に充填して圧縮することにより密度0.35g/cm3の成形
物を得、それを電気炉に入れて1200℃に6時間加熱
することによりホウ酸アルミニウムウィスカーを生成さ
せた。その後、熱水で洗浄して残存酸化ホウ素を除去
し、加熱乾燥した。
Example 4 22 aluminum sulfate was used as an aluminum oxide precursor.
g, 1.97 g of boron oxide as a boron oxide precursor,
Mix 0.13 g of nickel oxide in a mortar, fill in a die and compress to obtain a molded product with a density of 0.35 g / cm 3 , put it in an electric furnace and heat it to 1200 ° C for 6 hours. To produce aluminum borate whiskers. Then, it was washed with hot water to remove the residual boron oxide and dried by heating.

【0033】重量7.68g、密度0.43g/cm3、圧縮
強度65kgf/cm2の多孔質無機材料が得られ、この材料
を構成するホウ酸アルミニウムウィスカーの平均直径は
0.4μm、長さは10〜25μmであった。
A porous inorganic material having a weight of 7.68 g, a density of 0.43 g / cm 3 and a compressive strength of 65 kgf / cm 2 was obtained. The aluminum borate whiskers constituting this material had an average diameter of 0.4 μm and a length. Was 10 to 25 μm.

【0034】[0034]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば安価な原
料化合物の混合物を成形して加熱、反応させるだけでホ
ウ酸アルミニウムウィスカーからなる多孔質無機材料が
えられ、ウィスカーを脱水成形する従来の製造法のよう
に高価なウィスカーを使用する必要がなく、また成形工
程でウィスカーが飛散、不均一分布、配向等することに
基づく種々の不都合も一切解消される。
As described above, according to the present invention, a porous inorganic material composed of aluminum borate whiskers can be obtained by simply molding, heating and reacting a mixture of inexpensive raw material compounds, and the whiskers are dehydrated and molded. There is no need to use expensive whiskers as in the conventional manufacturing method, and various inconveniences due to scattering, non-uniform distribution, orientation, etc. of whiskers in the molding process are completely eliminated.

【0035】原料混合物を乾式成形する圧力を変えるだ
けで製品密度を変えることができるので、用途に応じて
製品密度を変えることも容易であり、変更可能な密度範
囲も広い。
Since the product density can be changed only by changing the pressure for dry-forming the raw material mixture, it is easy to change the product density according to the application, and the changeable density range is wide.

【0036】結合剤に依存しない、ホウ酸アルミニウム
を共有する結合により完全無配向のホウ酸アルミニウム
ウィスカー群が一体化されてなる多孔質構造は、素材ウ
ィスカーの性能が高度に生かされるので、強度、耐熱
性、耐食性等に優れ、かつそれらの特性の均一性にも優
れている。
The porous structure in which a group of completely non-oriented aluminum borate whiskers is integrated by a bond that does not depend on the binder and shares aluminum borate, because the performance of the material whiskers is highly utilized, the strength, It has excellent heat resistance, corrosion resistance, etc., as well as excellent uniformity of its properties.

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

【図1】 実施例1による多孔質無機材料の走査電子顕
微鏡写真(倍率2000倍)である。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph (× 2000) of a porous inorganic material according to Example 1.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 均一かつランダムに分布したホウ酸アル
ミニウムウィスカー群よりなり、各ホウ酸アルミニウム
ウィスカーは少なくとも1カ所で他のウィスカーと結合
しており、ウィスカー相互の結合が該ウィスカーを構成
するホウ酸アルミニウムを共有することによるものであ
ることを特徴とする多孔質無機材料。
1. A group of aluminum borate whiskers uniformly and randomly distributed, wherein each aluminum borate whisker is bonded to another whisker at least at one position, and the mutual binding of whiskers constitutes boric acid. A porous inorganic material characterized by sharing aluminum.
【請求項2】 密度が0.15〜1.5g/cm3である請求
項1記載の多孔質無機材料。
2. The porous inorganic material according to claim 1, which has a density of 0.15 to 1.5 g / cm 3 .
【請求項3】 ウィスカーを構成するホウ酸アルミニウ
ムの組成が9Al23・2B23である請求項1または請
求項2記載の多孔質無機材料。
3. A porous inorganic material according to claim 1 or claim 2 wherein the composition of aluminum borate is 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3 constituting the whiskers.
【請求項4】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
と、酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化ホウ素
を生成するホウ素化合物と、酸化ニッケル、ニッケルま
たは空気中で加熱されると酸化ニッケルを生成するニッ
ケル化合物とを、粉末状態で均一に混合し、得られた混
合物を型内で圧縮して成形し、得られた成形物を加熱し
てアルミニウム化合物とホウ素化合物からホウ酸アルミ
ニウムウィスカーを生成させることを特徴とする多孔質
無機材料の製造法。
4. An aluminum compound which forms aluminum oxide when heated in aluminum oxide or air, a boron compound which forms boron oxide when heated in boron oxide or air, nickel oxide, nickel or in air A nickel compound that produces nickel oxide when heated in a uniform mixture in a powder state, the resulting mixture is compressed in a mold and molded, and the resulting molded product is heated to produce an aluminum compound and boron. A method for producing a porous inorganic material, which comprises producing aluminum borate whiskers from a compound.
【請求項5】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
と、酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化ホウ素
を生成するホウ素化合物とを、Al23:B23のモル
比が9:2ないし9:6となる比率で用いる請求項4記
載の多孔質無機材料の製造法。
5. An Al 2 O 3 : B comprising an aluminum compound which forms aluminum oxide when heated in aluminum oxide or air and a boron compound which forms boron oxide when heated in boron oxide or air. The method for producing a porous inorganic material according to claim 4, wherein the molar ratio of 2 O 3 is 9: 2 to 9: 6.
【請求項6】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
および酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化ホウ
素を生成するホウ素化合物との合計量に対して0.1〜
10重量%の酸化ニッケルまたは酸化ニッケル換算量で
0.1〜10重量%のニッケルまたは空気中で加熱され
ると酸化ニッケルを生成するニッケル化合物を混合する
請求項4または請求項5記載の多孔質無機材料の製造
法。
6. A total amount of 0.1 with respect to the total amount of the aluminum compound which forms aluminum oxide when heated in aluminum oxide or air and the boron compound which forms boron oxide when heated in boron oxide or air. ~
The porous material according to claim 4 or 5, wherein 10% by weight of nickel oxide or 0.1 to 10% by weight of nickel oxide or a nickel compound which produces nickel oxide when heated in air is mixed. Manufacturing method of inorganic materials.
【請求項7】 ホウ酸アルミニウムウィスカーを生成さ
せる加熱処理を1100〜1400℃で行う請求項4な
いし請求項6のいずれかに記載の多孔質無機材料の製造
法。
7. The method for producing a porous inorganic material according to claim 4, wherein the heat treatment for forming aluminum borate whiskers is performed at 1100 to 1400 ° C.
【請求項8】 ホウ酸アルミニウムウィスカーを生成さ
せたのち高温加熱または熱水洗浄により過剰のホウ素化
合物を除去する請求項4ないし請求項7のいずれかに記
載の多孔質無機材料の製造法。
8. The method for producing a porous inorganic material according to claim 4, wherein excess boron compound is removed by heating at high temperature or washing with hot water after forming aluminum borate whiskers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111205107A (en) * 2020-01-15 2020-05-29 武汉科技大学 Radiation shielding composite material and preparation method thereof
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