JPS60145902A - サイアロン質粉末の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイアロン質粉末の製造法に関する。

、芋イアロンは一般式５ｉ６−２ＡｌｚＯ，Ｊ、−７，
（ただし、ｚＦｏよシ大きく４．２以下の数を表わす）
で示され否化合物であり、窒化けい素（５ｉ３Ｎ４１に
Ａｌと０が置換型固溶したものである。

サイアロンは高温における耐酸化性が大きく、溶融金属
やスラッグに対する耐食性も優れているので、サイアロ
ン質粉末は各種の耐火物用磨料として有用なものである
。また、これを焼結したサイアロン焼結体は高温強度や
硬度が大きいので、自動車エンジン部品や金属切削工具
として優れている。

従来のサイアロン質粉末の製造法としては、（１）　天
然のシリカ−アルミナ系鉱物であるカオリナイト等の粘
土質鉱物にカーボンを加え、窒素気流中で加熱すること
により還元窒化を行う方法。

（２）　シラス等のシリカ原料にアルミニウム金属を加
え、窒素気流中で加熱する方法。

（！ｉ）　ＡＩ　（ＯＨ）　、とシリカゲルの共沈殿物
をアンモニア雰囲気下で加熱する方法。

□多゛量；の不純物が含有されたものとなる欠点があり
、また（５）の方法は反応が完結し得す、未反応物が残
る欠点があった。

本発明は従来法の欠点をなくすべくなされたもので、そ
の目的は、高純度で、微細でしかも均一粒度からなるサ
イアロン質粉末を製造する方法を提供するにある。

本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、シ
リコンアルコキシド及びアルミニウムア！：ルコ；１キ
シドの混合液を加水分解して得たシリカ−アルミナ混合
物に、従来法におけるよりも少量の特定範囲のカーボン
粉末を含有させたものを、窒素雰囲気中で加熱するとき
は、高純度で、均一微細なサイアロン粉末が得られるこ
とを究明し得、この知見に基いて本発明を完成した。

本発明の要旨は、 （１）　シリコンアルコキシドとアルミニウムアルコキ
シドの混合溶液を加水分解して得られた沈殿−゛二物を
加熱してシリカ５０〜８０モル％、アルミゝパ＼） 、゛古５０〜２０モル％割合のシリカ−アルミナ系・−
：： 、場合粉末を作り、該混合粉末に対しカーボン粉１・１
１ 象を１６〜２５重ｔ％混合した後窒素雰囲気中で１３５
０〜１５５０℃に加熱することを特徴とするサイアロン
質粉末の製虐法。及び （２）　シリコンアルコキシドとアルミニウムアルコキ
シド混合溶液にカーボン粉末を混合した混合液を加水分
解して得た沈殿物を加熱して、シリカ５０〜８０モル％
、アルミナ５０〜２０モル％、シリカ及びアルミナの総
訳に対し、１６〜２．５重量％のカーボン粉末からなる
混合粉末を作り、該混合粉末を窒素雰囲気中で１３５０
〜１５５０℃に加熱することを特徴とするサイアロン質
粉末の製造法。にある。

原料のシリコンアルコキシドとしては、例えば、けい酸
メチル、けい酸エチル、けい酸プロピル。

けい酸ブチル等が挙けられる。またアルミニウムアルコ
キシドとしては、アルミニウムエトキシド。

アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムーｎ’、
７：ブトキシド等が挙げられる。

″゛乞１リコンアルコキシドとアルミニウムアルコキシ
ド：の混合比は＄１とｈｔの原子比（Ｓｉ／ｉ　）が０
．５〜２の範囲である。ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比
でに１〜４である。

Ｓｉ／Ａｌの原子比が０，５より低いとアルミニウムの
是がサイアロンの固溶幹囲を超えるので、サイアロン粉
末にアルミニウム化合物が不純物として混入する。一方
その原子比が２を超えると還元窒化反応が不均一となり
、窒化けい素も同時に生成するため、均一なサイアロン
粉末が得られない。

゛ユζｉのようが割合に混合したアルコキシド混合物に
、インブタノール、インプロパツール等のアルコールを
溶媒として加え、約８０℃で５時間程度加熱すると溶解
する。溶解後、アルコキシドの３〜４倍（重量で）の蒸
留水を加え、アンモニア水を少量滴下した後、８０〜９
０℃で約８時間加熱すると加水分解されて均一に混合し
た沈殿物が休られる。この沈殿物を減圧下で５０〜９０
℃で加熱することにより、溶媒、アルコール及び水７分
°離、腎乾燥した後、５００〜７００℃で１〜５時間加
熱大ると、シリカ−アルミナ系混合粉末が得られる鍵前
記加熱が５００℃より低“と′す７・フルゝプ゛以外の
成分（多くは水）が残り、７００℃を超え超 ると粒子の成長が層るので、５００〜７００℃で加熱す
ることが好ましい。得られる混合粉末は０．０１〜０．
１ミクロンの均一に分散された粒子からなっている。Ｘ
線的には非晶質である。化学分析によるとＳｉ／Ａ７の
原子比は１２％以内で原料の摩子比と一致する。得られ
たシリカ−アルミナ系混合物にカーボン粉末を加える。

カーボン粉末としては、これを均一に分散させるために
カーボンブラックのような細かい粉末であることが望ま
しい。

従来、還元窒化中にはＳｉ／ｋｌ原子比が変化しないと
して、必要なカーボン量を算出した。例えばシリカ：ア
ルミナ−２＝１（モル比）の粉末においては と反応し、サイアロンの合成には３１．３重量％の力÷
゛？！？ンが必要であり、この量で原料と同じ５ｉｌｊ
Ｑｔ比のサイアロンが得られると仮定していた。

しかし、反応の詳細な解析及び生成したサイアロン粉末
の化学分析の結果、還元窒化中ＫＳｉＯが飛散し、Ｓｉ
／Ａｔ原子比が変化するので（１）式は厳密には成立し
ないことが分った。ＳｉＯの飛散量は原料組成と反応温
度に依存する。１４３０℃附近では次の通り反応が進行
する。

２ ４（２Ｓｉ○２−Ａｌ２Ｏ５＋＋１８０　−）Ｓｉ６１
８０８Ｎ、、　＋　２３ｉＯ＋　１８００　・・・（２
）ど、れｊにより、Ｓ１２．６”５．４０５．４Ｎ４．
７の組成に相当するサイアロンで得られる。サイアロン
中のＳｉ−／Ａ！比は原料中のそれに比べて小さくなっ
ている。反応式から算出されるカーボン量は１９．６　
ｖ量％である。

ＳｉＯの飛散量は反応温度に依存し、まだ同相反応のた
め、混合するカーボンの最適量はシリカ：アルミナの混
合割合によって変化する。シリカ：アルミナモル比が１
＝１の場合は１６〜２０重量％、２：１の場合は１８〜
２２重郊％、４：１の場合は２２〜２５重景％で重量。

その景より少ない２．と；未反応物が残り、それより多
くなると未反応カーボンが多くなり、還元窒化の更に進
んだ１５Ｒ−サイアロンが生成するので、カーボン粉末
の添加量は１６〜２５重於％の範囲で、前記のような割
合で調整することが必要である。カーボン粉末はシリカ
−アルミナ系粉末を・還元作用をするもので後から混合
してもよく、またあらかじめ、アルコキシド混合溶液に
混合してもよい。予め混合するとカーボン粉末がよく混
合される。このようにして得られた混合物を必要に応じ
成型した後、窒素雰囲気中で１３５０〜１５５０℃に０
．５〜２４時間加熱する。これによりシリカ−アルミナ
中の酸素の一部が１素に置換してサイアロン粉末が得ら
れる。加熱温度が１３５０℃よシ低いと反応完結時間が
長くなり、１５５０℃を超えるとＳｉＯの飛散が多くな
り、サイアロンの組成が原料と大きく異なったものとな
るばかりで７＜　１５Ｒ−サイアロンも生成する欠点が
生ずる。

、従やて１３５０〜１５５０℃であることが必要であり
１．餠ましくけ１４００〜１５００℃である。

：１１．焼っ繭時間は低温Ｉよど長時間を要する。１４
００℃では３〜１０時間、１５００℃では１〜３時間が
適当である。

得られる粉末は０．３〜０．５ミクロン粒径の微細で、
均一のものとなり、その純度は不純物０．１％以下の高
純度のものである。

実施例１゜ けい酸エチル３０．６ｙ、アル、ミニウムイソブロボキ
シド３０．０９にインブクノール３００ｃｃを加え、ｓ
、５．ｏｌＨ℃の水浴中で５時間加熱してアルコキシド
を溶層した。溶解後蓋留水１００ＣＣを滴下し、更にア
ンモニア水溶液（５０％）２０ＣＣを滴下し、８５℃で
８時間加熱して加水分解を完結させた。これを２００　
朋Ｈｆの減圧下で５０℃から９０℃まで加熱して蒸発物
を除失し、更に空気中で６００℃に１時間加熱して白色
粉末を得だ。粉末の粒径は０．０１〜０．１ミクロンで
、Ｘ線的に非晶質であったっ化学分析の結果、シリカ／
アルミナ比は２：１であった。該粉末０．５２にカーボ
ンブラック０．１２５７を加グ、直径１２關の金型で３
００に９／α２に加圧しペレ弓ットを作った。

ベウットをアルミナ製ボートに置き、アルミナ炉心管に
移し、管内を窒素に置換し、窒素を流しながら１４３０
℃で２時間加熱した。得られた粉末は、粒子が均一で、
０．３〜０．５ミクロン粒径の微細なものであり、Ｘ線
回折の結果結晶質はサイアロンのみであった。

実施例２゜ けい酸エチル６１６２グ、アルミニウムイソプロボキシ
ド１２０．０９をイソプロパツール５００ｃｃ′に溶ｃ
ｃを加え、実施例１と同様にして、ンリカ：ア、ルミナ
ー】：１の混合粉末を得だ。混合粉末０．８２２とカー
ボンブラック０．１８　ｒを混合し、実施例１と同様に
してペレットを作り、１５００℃と窒素雰囲気中で１時
間加熱した。

得られた粉末は粒子が均一で、０゜３〜０゜７ミクロン
の粒径のものであり、Ｘ線回折の結果、ｎ−サ”イ１ア
ロンと極く僅かな１５Ｒ−サイアロンからなつ゛でいた
。

実施；例３゜ けい酸メチル１５．２ｒ、アルミニウムーｎ−ブトキシ
ド２４．６　Ｐをイソブタノール２５０ＣＣに加え、実
施例１と同様にして溶解し、これに蒸留水２００ｃｃ、
アンモニア溶液３０　ｃｃを加えて以下実施例１と同様
にしてシリカ：アルミナ＝２：１の混合粉末を得た。粉
末０．８？とカーボンブランク０．２２を混合した後、
以下実施例１と同様に１〜て成形・ｌＪ［＋熱した。加
熱は１４７０℃で２時間行つだ。

、、・得、られた粉末は、粒子が均一で、０．３〜０．
５ミクロンの粒径のものであり、Ｘ線回折の結果、β−
サイアロンのみからなっていた。

以上のように、本発明の方法によると、原料をアルコキ
シド混合液の加水分解により作るだめ、純粋且つ微細な
均一粒子からなり、且つこの彼細粒子に適正なカーボン
量を混合して還元窒化をや「のものが容易に得られ、し
かも、得られる粉末は極めて均−且つ微細粒子からなる
と共に不純編の混合のないサイアロン質粉末が得られる
優れた効果を有する。

特許出願人　科学技術庁無機材質研究所長後　藤　優

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シリコンアルコキシドとアルミニウムアルコキシ
   ドの混合溶液を加水分解して得られた沈殿物を加熱して
   シリカ５０〜８０モル％、アルミナ５０〜２０モル％割
   合のシリカ−アルミナ糸混合粉末を作り、該混合粉末に
   対しカーボン粉末を１６〜２５重量％混合した後室累算
   囲気中で１３５０〜１５５０℃に加熱することを特徴と
   するサイアロン質粉末の製造法。 ２　カーボン粉末の混合量がシリカ：アルミナ＝１１モ
   ル比の場合は１６〜２０重景％、重量カ：アルミナ−２
   ＝１モル比め場合は１８〜２２］ｉｉ％、シリカ：アル
   ミナ＝４：１モル比の場合は２２〜２５重景％で重量特
   許請求の範囲第１項記載の製造法。 ６、　シリコンアルコキシドとアルミニウムアルコキシ
   ド混合溶液にカーボン粉末を混合しだ混合液を加水分解
   して得た沈殿物を加熱して、シリカ５０〜８０モル％、
   アルミナ５０〜２０モル％、シリカ及びアルミナの総量
   に対し、１６〜２５ｉｉ％のカーボン粉末からなる混合
   粉末を作り、該混合粉末を窒素雰囲気中で１３５０〜１
   ５５０℃に加熱することを特徴とするサイアロン質粉末
   の製造法。