JPH11189403A

JPH11189403A - 層構造型複合粒子製造装置

Info

Publication number: JPH11189403A
Application number: JP35691597A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tsuda; 直樹津田; Tsutomu Ueno; 力上野; Daiki Miyamoto; 大樹宮本
Original assignee: TIC KK; Osaka Prefecture
Current assignee: TIC KK; Osaka Prefecture
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】析出反応により層構造型複合粒子を製造する
際に、前記析出反応の反応条件を決定するための多数回
の実験を必要とせず、容易かつ安価に制御された層構造
複合粒子を製造する。【解決手段】層構造型複合粒子製造装置１は、芯粒子
を分散させた分散液を収容する反応容器内２に、原料容
器３中の原料溶液を送り込み、温度調節手段７等により
温度等の反応条件を調整しながら析出反応を行って、層
構造型複合粒子を製造するものであり、上記反応条件
は、ＰＩＤ制御と多変数自己回帰モデル（ＡＲモデル）
とを組み合わせた協調的制御系により、一体的に制御さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、機能性粉体材料
又は高性能焼結体の原料粉末として使用される層構造型
複合粒子を、液相中で芯粒子上に被覆層を形成すること
により製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミック製品の高性能化のため
に、その微細組織を精密制御する必要性が高まってい
る。そのため、近年、セラミックス製品の原料粉末とし
て、単一組成の粒子ではなく、複合組成の粒子、なかで
も、層構造型複合粒子を使用することが注目されてい
る。

【０００３】この層構造型複合粒子は、芯粒子上にナノ
レベルで組織制御された被覆層を形成してなるものであ
って、以下に例示するような優れた特性を有している。

【０００４】優れた特性の例としては、まず、優れた機
械強度を持つ焼結体を得えられることが挙げられる。具
体的には、セラミックス粉体と焼結助剤とを単に機械的
に混合して焼結した場合には、焼結助剤が焼結後に遍在
してしまい、機械的強度が低下してしまうのに対し、セ
ラミックス粉体を焼結助剤で均一に被覆した層構造複合
粒子を使用すれば、焼結助剤の遍在が生じることがなく
高強度のものが得られる。

【０００５】また、他の優れた特性の例として、芯粒子
の表面改質に利用できることが挙げられる。具体的に
は、被覆層を設けることにより、芯粒子の分散性の向
上、化学的安定性、導電性や絶縁性の付与等を行うこと
ができる。

【０００６】さらに、他の優れた特性の例として、被覆
層の性質を利用できることが挙げられる。具体的には、
担体である芯粒子に触媒物質からなる被覆層を設けて触
媒とすれば、同量の触媒物質を使用した場合、触媒物質
単体からなる触媒よりも表面積が広くなるため、優れた
触媒効果が得られる。

【０００７】さて、このような優れた特性を有する層構
造型複合粒子の化学的な製造装置の一つとして、従来か
ら液相法を利用したものがあった。

【０００８】従来からある液層法を利用した装置は、芯
粒子を分散させた分散液を収容する反応容器に所定の原
料溶液を加え、析出反応を行うことにより被覆層を形成
するものである。そして、反応容器内溶液の反応温度、
反応ｐＨ等の反応条件は、該反応条件と被覆層の組成、
膜厚、被覆等の層構造型複合粒子の層構造型複合粒子の
特性とから予め求められた因果関係に基づいて、ＰＩＤ
制御により一定の範囲に収まるように個別に制御されて
いる。前記被覆層は、通常金属酸化物又はその前駆体で
ある水酸化物であり、それらの析出には以下に示すよう
な化学反応が利用されている。

【０００９】（１）金属塩の加水分解反応芯粒子の分散液に被覆層の原料となる金属塩の溶液を添
加し、温度、ｐＨなどを調整して金属酸化物又はその前
駆体となる金属水酸化物を芯粒子表面に析出させる。

【００１０】（２）金属アルコキシドの加水分解反応被覆層の原料に金属アルコキシドを用い、酸又は塩触媒
の存在下で、芯粒子表面に金属水酸化物を析出させる。

【００１１】（３）尿素均一沈殿法尿素水溶液は約６０℃以上で加水分解して水酸イオンを
発生させ、これによるｐＨ変化を利用して、（１）に記
載した金属塩の加水分解による析出反応を起こさせる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記装置は、
層構造型複合粒子の製造に先立って、層構造型複合粒子
の特性と反応条件との因果関係が解明されていなければ
ならないため、この因果関係の解明に、ＰＩＤ制御を使
用した多数回の実験とその考察を必要とし、これら実験
等に莫大な費用や時間がかかるとの問題点があった。

【００１３】そこで、この発明は、予め解明した因果関
係に基づいて各反応条件を個別に制御するのではなく、
反応条件を一体として制御することによって、ナノレベ
ル制御された被覆層を備えた層構造型複合粒子を容易に
製造できる装置を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明にか
かる層構造型複合粒子製造装置は、芯粒子を分散させた
分散液を収容する反応容器に、芯粒子とは材質の異なる
被覆用原料を溶解した原料溶液を送り込み、析出反応に
よって芯粒子の表面に被覆層を形成することにより、層
構造を有する複合粒子を製造するようにした層構造型複
合粒子製造装置において、上記析出反応における反応温
度、反応ｐＨ、原料溶液の送液量がそれぞれ調整可能で
あり、これらの反応条件を所定の芯粒子に対して所望さ
れる組成と特性を持つ被覆層に応じて設定する反応条件
設定手段が設けられ、該反応条件設定手段の操作により
前記反応条件を一体に制御することにより、ナノレベル
で制御された層構造型複合粒子を製造できることを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図面に例示され
ている実施例に基づいて具体的に説明する。図１は、こ
の発明の実施例である層構造型複合粒子製造装置１の構
成を模式的に示す図である。層構造型複合粒子製造装置
１は、芯粒子を分散した分散液を収容するとともに、被
覆層の析出反応が行われる反応容器２と、被覆層の原料
溶液を収容する原料容器３と、反応容器２内のｐＨを調
整するための酸溶液及びアルカリ溶液をそれぞれ収容す
るｐＨ調整液収容容器４、５を備えている。

【００１６】反応容器２の内容液の温度、ｐＨを同時に
測定できる複合センサ６と、ペルチェ素子から構成さ
れ、温度を調整するため温度調節手段７と、サンプル回
収のためのサンプリング機構８と、反応均一化のための
撹拌手段９とが設置されている。そして、前記サンプリ
ング機構８には、回収されたサンプルの被覆層の厚さ、
粒径等の特性を計測するための特性計測装置１７が連な
っている。

【００１７】また、反応容器２に対しては、上記の原料
容器３、及びｐＨ調整液収容容器４、５内に連通する送
液管１０、１１、１２、の開口端部も配置されている。
これら送液管１０、１１、１２の管路中には、それぞれ
送液ポンプ１３、１４、１５が設置されている。また、
反応容器２の底部には反応物排出用の電磁弁１６が設け
られており、この弁を開放することにより、反応容器２
内の反応完了済液を排出できるようになっている。

【００１８】上記の複合センサ６、温度調整手段７と各
送液ポンプ１３、１４、１５と電磁弁１６は、計算機１
８からの駆動指令に基づいて駆動制御されるように構成
されるとともに、複合センサ６によって測定された温度
並びにｐＨデータ、及びサンプリング機構８と特性計測
装置１７により計測された被覆層の厚さ等も計算機１８
へ送信され、計算機１８はこれらの測定データに基づい
て駆動指令を出力する。

【００１９】計算機１８は、反応容器２内の反応条件設
定手段として構成されており、芯粒子と被覆層の材質、
芯粒子の使用量、原料溶液の濃度、所望の被覆層厚さと
周期等、製造する層構造型複合粒子の特性に基づいて、
反応温度、反応ｐＨ、原料溶液の送液量等の反応条件を
一体に制御するものである。

【００２０】上記の制御を行う制御系としては、ごみ焼
却炉の多変数自動燃焼制御方法(特公平３−１５７５)等
に用いられているような、設定値に対し一定制御を行う
ＰＩＤ制御と予測的な多変量制御が可能な多変数自己回
帰モデル(ＡＲモデル)とを組み合わせた協調的制御系が
使用される。すなわち、測定変数として特性計測装置１
７や複合センサ６により測定される測定値を採用し、操
作変数として原料溶液の送液量、温度調節手段７によっ
て与えられる温度、ｐＨ調整液収容容器４、５から反応
容器２に添加される酸又はアルカリ溶液の送液量を採用
し、計算機１８により発生させた試験用信号により、各
操作変数を変動させ、その変動に伴う測定変数の変動か
らこの制御系の固有の自己回帰行列を求め、最適制御設
計を可能とするものである。

【００２１】上記のように構成された層構造型複合粒子
製造装置１の反応容器２に、芯粒子となる平均粒径約
０．６μmのアルミナの水分散液を収容し、被覆層の原
料となるオキシ塩化ジルコニウムに少量の塩化イットリ
ウム及び塩化アルミニウムを加えたものの水溶液を原料
溶液容器３に収容し、ｐＨ調整液収容容器４にはアンモ
ニア水を収容する。計算機１８には、これらの使用材料
を入力するとともに、析出させる被覆層の厚さ等を指定
することにより、各変数の最適条件が設定される。

【００２２】計算機１８は、反応容器２内の温度とｐＨ
を複合センサ６により把握しながら、温度調整手段７を
駆動して分散液を設定温度に調整し、送液ポンプ１３を
駆動して原料容器３に収容されている原料溶液の一定量
を送液管１０により反応容器２に送り、分散液に加えて
充分撹拌した後、ｐＨを検出しながら、ｐＨ調整液収容
容器４のアンモニア水を送液ポンプ１４により設定ｐＨ
になるまで分散液に送液し、これらの条件で定まる反応
時間まで、析出反応を最適制御する。

【００２３】特性計測装置１７からの計算機への入力に
より、析出反応が終了すると、電磁弁１６へ開放指令が
出され、反応終了分散液を図には示していない回収容器
に排出する。被覆層析出芯粒子は、洗浄液により洗浄
後、再度反応容器２に水とともに投入して、繰り返し析
出反応を行うようにすれば、複数の被覆層を持つ層構造
型複合粒子を製造することができる。

【００２４】上記のアルミナを芯粒子とし、水酸化ジル
コニウム(イットリウム、アルミニウム水酸化物含有)を
被覆層とする複合粒子を通常の方法で仮焼すると、ジル
コニア被覆アルミナ粒子が得られ、これを成形、常圧焼
結すると、アルミナ単独の焼結体に対し１．５倍の曲げ
強度を示し、安価、高強度の有用な工業材料となり得
る。

【００２５】上記実施例では、芯粒子としてアルミナ、
被覆層原料としてオキシ塩化ジルコニウムを使用した
が、本発明の実施例装置では、これ以外の物質を使用し
てもよい。

【００２６】例えば、芯粒子としては、ジルコニア等酸
化物、炭化ケイ素子、窒化ケイ素等の非酸化物、金属粉
末等が使用できる。また、被覆層原料としては、金属塩
の水溶液、金属アルコキシドの各種アルコール溶液等が
使用できる。さらに、分散液の分散媒としては、水の以
外に、アルコールや各種有機溶媒が使用可能である。そ
して、このような物質を使用することにより、セラミッ
クスーセラミックス、セラミックスー金属等多様な複合
粒子を得ることができる。また、被覆層は、被膜、粒子
層の形状で、単一組成、複数被覆層原料容器の増設によ
る複数原料溶液使用混合組成、傾斜組成を構成すること
も可能である。

【００２７】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、この発明
の層構造複合粒子製造装置によれば、芯粒子と異なる組
成の被覆層原料溶液を反応容器に送り込み析出反応によ
り芯粒子表面に積層させるにあたり、互いに影響しあう
反応条件を一体に最適制御しながら反応させるので、被
覆層の特性を任意に制御することができ、所望の層構造
を持つ複合粒子を容易かつ、信頼性高く得ることができ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である層構造型複合粒子製造装
置の構成を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１層構造複合粒子製造装置２反応容器３原料容器４，５ｐＨ調整液収容容器６複合センサ７温度調整手段８サンプリング機構９撹拌手段１０．１１，１２送液管１３，１４，１５送液ポンプ１６電磁弁１７特性計測装置１８計算機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本大樹奈良県奈良市西千代が丘１丁目23番17号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯粒子を分散させた分散液を収容する反
応容器に、芯粒子とは材質の異なる被覆用原料を溶解し
た原料溶液を送り込み、析出反応によって芯粒子の表面
に被覆層を形成することにより、層構造を有する複合粒
子を製造するようにした層構造型複合粒子製造装置にお
いて、上記析出反応における反応温度、反応ｐＨ、原料溶液の
送液量がそれぞれ調整可能であり、これらの反応条件を
所定の芯粒子に対して所望される組成と特性を持つ被覆
層に応じて設定する反応条件設定手段が設けられ、該反
応条件設定手段の操作により前記反応条件を一体に制御
することにより、ナノレベルで制御された層構造型複合
粒子を製造できることを特徴とする層構造型複合粒子製
造装置。