JPS6243928B2 - - Google Patents

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JPS6243928B2
JPS6243928B2 JP58088889A JP8888983A JPS6243928B2 JP S6243928 B2 JPS6243928 B2 JP S6243928B2 JP 58088889 A JP58088889 A JP 58088889A JP 8888983 A JP8888983 A JP 8888983A JP S6243928 B2 JPS6243928 B2 JP S6243928B2
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magnesia
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Kazuichi Kobayashi
Kozaburo Yoshida
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Ube Industries Ltd
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/04Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
    • C04B35/053Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00Compounds of magnesium
    • C01F5/02Magnesia
    • C01F5/04Magnesia by oxidation of metallic magnesium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、易焼結性高純度マグネシア微粉末の
製造方法に関するものである。 高純度マグネシアは優れた耐熱性、電気絶縁性
および透光性を示すことから、高級磁製品、電気
絶縁素子、耐熱透光性材料および赤外線透過材料
などのマグネシア系ニユーセラミツクス製品とし
て広く利用されている。 マグネシア系ニユーセラミツクス製品は、一般
にマグネシア(MgO)粉末を主原料とし、これ
を焼結することにより製造される。この場合、マ
グネシア粉末原料の粒径が細かいほど焼結体のか
さ密度が高くなり、優れた特性の製品が得られる
ことは周知のとおりであるが、従来このようなマ
グネシア焼結体の製造には、水酸化マグネシウム
あるいは塩基性炭酸マグネシウムなどを仮焼して
得られたマグネシア紛末が使用されている。しか
しながらマグネシアは融点が2800℃と高いことか
ら、かさ密度の高い焼結体を得るためには、通常
1700℃以上の焼成温度が必要であり、またホツト
プレスの様な特殊な焼成方法を利用しなければな
らなかつた。 ところが、上記の様な特殊な焼成方法は生産コ
ストが高いという欠点があるため実際にはLiF、
MgF2、NaFなどの焼結助剤を添加するか、ある
いはベンゼンなどを用いて表面を処理しマグネシ
ア粉末の焼結性を高めることにより、焼結温度を
1400〜1600℃まで下げてマグネシア焼結体を得る
という方法が利用されている。 たとえば、焼結助材としてLiFを用いる方法は
特公昭49−16246号公報に開示されており、また
MgF2を用いる方法は特開昭50−153798号公報に
開示されている。また焼結助材としてNaFを用い
る方法は、M.Banerjee & D.W.Budworth:
Trans.Brit.Ceram.Soc.、71(3)、51−53(1972)
に開示されている。しかし、焼結助剤を添加する
方法では、焼結体の純度が低下するために、高純
度マグネシアの特性が損なわれ、その用途が限定
されるとの欠点がある。 マグネシア粉末の表面をベンゼンで処理して焼
結性を向上させる方法については、特公昭56−
16108号公報に開示されている。 更に、O.Yamaguchi、H.Tonami & K.
Stimizu:Chem.Lett.、、799−802(1970)に
は、アルコキシド法によつて合成した水酸化マグ
ネシウムを仮焼して製造したマグネシアが優れた
焼結性を有するとの報告もある。しかし、これら
の方法は工程が極めて複雑なため、得られるマグ
ネシア粉末の製造コストが高くなる欠点がある。 また上記の方法では、マグネシア粉末としてい
ずれもマグネシウム塩をか焼して得たものを使用
しているが、このようなマグネシア粉末はか焼の
さいに結晶成長し、粒径が大きくなるとともに二
次凝集体を形成するため、焼結用原料とするには
これを粉砕する工程が必要となる。しかし、この
ようなマグネシウム塩をか焼して得られるマグネ
シア粉末は、機械的粉砕によつてもある限度以下
には粉砕されず、また凝集物も残留する。これら
は、マグネシア粉末の充填密度を低下させ、かさ
密度の高い焼結体の製造を困難にし、その特性を
低下させる原因となる。さらに、機械的な粉砕を
行なうさいには不純物の混入が避けられず、粉砕
工程はマグネシア粉末の純度を低下させる原因と
なり好ましくない。 一方、マグネシウムを酸素存在下で燃焼させる
ことによりマグネシア粉末が製造されることは良
く知られており、この反応を利用した気相反応法
によるマグネシア粉末の製造方法についても既に
報告がある。すなわち、チエコスロバキア特許公
報第139208号には、不活性ガス雰囲気下にマグネ
シウムを加熱してマグネシウム蒸気を生成させ、
このマグネシウム蒸気と酸素とを向流にて互いに
接触させることによりマグネシウムを酸化しマグ
ネシアを生成させることからなる高純度マグネシ
ア粉末の製造方法が開示されている。この方法を
利用して得られるマグネシア粉末は粒径1μm以
下と記載されている。しかし、この方法によつて
は、たとえば粒径が0.1μm以下といつた微粒子
状のマグネシア粉末を得ることは困難である。 本発明は、粒径が極めて小さく、かつ高純度の
マグネシア微粉末を製造する方法を提供するもの
であり、 (1) マグネシウム蒸発部において、マグネシウム
を不活性ガス雰囲気下700℃以上の温度に加熱
してマグネシウム蒸気を生成させる工程; (2) 酸化反応部において、上記マグネシウム蒸気
と酸素含有気体とを、マグネシウム蒸気分圧
0.09気圧以下、酸素含有気体の酸素分圧がマグ
ネシウム蒸気分圧の1/2以上、そして反応温度
が800〜1600℃の条件で並流にて互いに接触さ
せることによりマグネシウムを酸化してマグネ
シアを生成させる工程;および、 (3) 生成したマグネシア微粉末をマグネシア微粉
末捕集部にて捕集する工程、 を含むことを特徴とする易焼結性高純度マグネシ
ア微粉末の製造方法からなるものである。 本発明によつて製造されるマグネシア微粉末は
二次凝集体を形成していないため、前述のような
塩の熱分解によつて製造したマグネシア粉末とは
異なり、成形体のかさ密度を容易に高めることが
でき、従つて焼結体のかさ密度を容易に高めるこ
とができる。また更に粉砕時における汚染の危険
性がない。また、原料として高純度のマグネシウ
ムを用いることによつて、極めて高純度(純度
99.9%以上)の焼結体が得られる。さらに、その
粒径が極めて小さい(BET径0.03μm以下)た
め、特に焼結助剤を添加したり、表面処理を施す
ことなく、比較的低温(たとえば、1300℃程度)
において緻密な焼結体(たとえば、かさ密度3.51
以上)とすることが可能となる。 このため、本発明により製造されるマグネシア
微粉末は、高級磁製品、電気絶縁素子、耐熱透光
性材料、赤外線透過材料などのマグネシア系ニユ
ーセラミツクス製品の主原料となるマグネシア粉
末として有利に使用することができる。 次に本発明の製造法を、添付図面に示した装置
を利用する製造方法を例にしてさらに詳しく説明
する。 第1図に示したマグネシア微粉末製造装置は、
マグネシウムの蒸発部A、酸化反応部Bおよび生
成したマグネシア微粉末の捕集部Cからなつてい
る。この蒸発部Aと酸化反応部Bは磁製管3,4
を二重に組合せて構成されて、電気炉6で加熱す
る構造となつている。 原料のマグネシウム5は磁製管3の先端付近の
蒸発部Aに置かれ、その位置で700℃以上の温度
に加熱されてマグネシウム蒸気となる。ここで加
熱温度が700℃より低い場合には、マグネシウム
の蒸発速度が遅いために生産性が悪く実用上好ま
しくない。またマグネシウムの沸点は約1100℃で
あるため、マグネシウムの加熱温度を1100℃以上
としても蒸発速度の増大は望めない。 マグネシウム蒸気は、不活性ガス供給路2から
導入されたアルゴンガス等の不活性ガスにより搬
送され、酸化反応部Bに送られる。別に、アルゴ
ンガス等の不活性ガスで分圧を調整した酸素混合
ガス(酸素含有気体)を酸素含有気体供給路1か
ら酸化反応部Bに供給することによりマグネシウ
ム蒸気と酸素とが接触し、マグネシウムは酸化さ
れて酸化マグネシウム(MgO:マグネシア)と
なる。 マグネシウム蒸気と酸素含有気体は、それぞれ
並流で接触することが必要である。これらを向流
で接触させた場合には、マグネシウム蒸気の分圧
が高い状態で反応が継続されるため、生成するマ
グネシア粉末の粒径が増大し、本発明の目的にお
いては好ましくない。また、向流接触の場合には
マグネシウム蒸気と酸素含有気体の流線が乱れ、
マグネシア粉末生成物が酸化反応部の管壁に付着
するため、マグネシア粉末の捕集率が低下すると
の欠点もある。 マグネシウム蒸気と酸素含有気体の流速は酸化
反応部におけるそれぞれの滞留時間が0.2〜3.0秒
となる様に調整にすることが望ましい。この滞留
時間が3.0秒を越える場合には生成するマグネシ
ア粉末の粒径が大きくなりやすく、0.2秒より短
い場合には、亜酸化物が生成しやすくなる。亜酸
化物が含まれるマグネシア粉末を焼結した場合に
は電気絶縁特性等の性質が著しく低下する。 酸化反応部でのマグネシウム蒸気の分圧は0.09
気圧以下にすることが必要であり、また酸素分圧
はマグネシウム蒸気の分圧の1/2以上となる様に
調整することが必要である。それぞれの分圧の調
整は、各気体の流量を制御することにより容易に
行なうことができる。マグネシウム蒸気分圧が
0.09気圧を越える場合、あるいは酸素分圧がマグ
ネシウム蒸気の分圧の1/2より低い場合には、生
成するマグネシア粉末の粒径が大きくなり、好ま
しくない。 酸化反応部の温度、すなわちマグネシウムの酸
化反応温度は800〜1600℃とする必要がある。こ
の温度が1600℃を越える場合には生成するマグネ
シアの粒径が大きくなり、好ましくなく、また
800℃より低い場合には亜酸化物が生成するため
好ましくない。 以上の様な条件下における反応により生成した
マグネシア微粉末は不活性ガスおよび未反応ガス
の流れによつて、捕集部Cに運ばれフイルター7
によつて捕集される。 なお、生成するマグネシア微粉末は活性が極め
て高いため、空気に接触すると空気中の二酸化炭
素や水蒸気を吸着する傾向がある。このため捕集
部Cにはカバー8を取り付けて空気を遮断するこ
とが望ましい。 また以上の反応は通常、減圧あるいは常圧下で
行なうが、反応器内の圧力は真空ポンプ9などに
より一定に維持することが望ましい。 本発明の製造方法によつて得られるマグネシア
微粉末は、粒径(BET径)が0.03μm以下(特に
は、0.015μm以下)の非常に微細な粒子からな
るものである。そして、このマグネシア微粉末は
立方体形状を保つたペリクレース結晶として得ら
れ、二次凝集体は殆ど見られない。また、生成す
るマグネシアの純度は、原料として使用したマグ
ネシウムの純度と同程度となる。高純度のマグネ
シウム(純度99.9%以上)を得る技術は現在では
一般的となつており、高純度マグネシウムは市販
品としても容易に入手できるため、そのような高
純度マグネシウムを原料として用いて本発明の製
造方法を実施することにより容易に易焼結性の高
純度マグネシア微粉末を製造することができる。 次に本発明の実施例および比較例を示す。 実施例 1〜3 添付図面の第1図に示した装置を利用し、純度
99.9%のマグネシウム、純度99.6%の酸素ガスお
よび純度99.99%のアルゴンガスを用いて、マグ
ネシウムの加熱温度900℃、酸化反応部でのマグ
ネシウム蒸気分圧0.04気圧、酸素混合ガスの酸素
分圧0.2気圧、全圧1.0気圧、酸化反応部温度1000
℃の条件下で、酸化反応部における滞留時間を
種々変えてマグネシウムの酸化反応を行なつた。
生成したマグネシア(MgO)微粉末の粒径
(BET径)を第1表に示す。なお、生成マグネシ
ア微粉末は、ペリクレース結晶であり、純度は
99.9%であつた。さらに捕集部におけるマグネシ
ア微粉末の捕集率は90%以上であつた。 いま、得られたマグネシア微粉末を、金型を用
いて先ず100Kg/cm2の圧力で一次成形した後、次
いで1500Kg/cm2の圧力で静水圧成形した。この成
形体を真空中(10-4トール)で1300℃、3時間焼
成して得られたマグネシア焼結体のかさ密度も第
1表に示した。
【表】 実施例 4〜5 酸化反応部の滞留時間を0.7秒とし、酸化反応
部の温度を800℃および1000℃の範囲で変えたほ
かは、実施例1〜3と同じ条件でマグネシウムを
酸化させた。生成したマグネシア微粉末の粒径
(BET径)を第2表に示す。なお、捕集部におけ
るマグネシア微粉末の捕集率は90%以上であつ
た。 また、得られたマグネシア微粉末を実施例1〜
3と同様の方法で成形焼成して製造したマグネシ
ア焼結体のかさ密度も第2表に示した。
【表】 なお、実施例4の方法で調製したマグネシア微
粉末を用いて製造した焼結体は、20℃で体積抵抗
率10-13Ω・cm以上、曲げ強度1600Kg/cm2、また
1.0mmの厚さにおいて全透光率85%を示した。 実施例 6〜8 実施例1〜3と同様の装置および原料を用い、
マグネシウム蒸気の酸化反応部滞留時間0.7秒、
酸素含有気体の酸素分圧0.2気圧、全圧1.0気圧、
酸化反応部の温度1300℃の条件下とし、マグネシ
ウムの蒸気分圧を変えて、マグネシウムの酸化反
応を行なつた。なおマグネシウムの蒸気分圧の調
整は、マグネシウムの加熱温度を変えることによ
り行なつた。生成したマグネシア微粉末の粒径
(BET径)を第3表に示す。なお、捕集部におけ
るマグネシア微粉末の捕集率は90%以上であつ
た。 また、得られたマグネシア微粉末を実施例1〜
3と同様の方法で成形焼成して製造したマグネシ
ア焼結体のかさ密度も第3表に示した。
【表】 実施例 9〜12 実施例1〜3と同様の装置および原料を用い、
マグネシウムの加熱温度900℃、酸化反応部での
マグネシウム蒸気分圧0.04気圧、全圧1.0気圧、
マグネシウム蒸気の酸化反応部滞留時間0.7秒お
よび酸化反応部温度1000℃の条件下で、酸素混合
ガスの酸素分圧を種々変えてマグネシウムの酸化
反応を行なつた。生成したマグネシア微粉末の粒
径(BET径)を第4表に示す。なお、捕集部に
おけるマグネシア微粉末の捕集率は90%以上であ
つた。 また、得られたマグネシア微粉末を実施例1〜
3と同様の方法で成形焼成して製造したマグネシ
ア焼結体のかさ密度も第4表に示した。
【表】 比較例 1 第1図に示した並流式マグネシア微粉末製造装
置の酸素含有気体供給路1と捕集部Cのそれぞれ
の位置を相互に入れ換えた構成からなる向流式マ
グネシア粉末製造装置を利用し、純度99.9%のマ
グネシウム、純度99.6%の酸素ガスおよび純度
99.99%のアルゴンガスを用いて、マグネシウム
の加熱蒸発温度900℃、マグネシウム蒸気および
酸素含有気体の酸素部滞留時間0.5秒、酸化反応
部でのマグネシウム蒸気分圧0.02気圧、酸素含有
気体の酸素分圧0.2気圧、全圧1.0気圧、酸化反応
部の温度900℃の条件でマグネシウムの酸化反応
を行なつたところ、捕集部において捕集率15%で
粒径(BET径)0.070μmのマグネシア粉末が得
られた。また、捕集部で捕集されなかつたマグネ
シア粉末の大部分は酸化反応部壁に付着し、その
平均粒径(BET径)は0.150μmであつた。 捕集部で捕集されたマグネシア粉末を実施例1
〜3と同じ条件で成形焼成して得られた焼結体
は、かさ密度3.41g/cm2であつた。また、その焼
結体の20℃の体積抵抗率は10-13Ω・cm以上、曲
げ強度は1350Kg/cm2であり、1.0mmの厚さにおい
て全く透光性を示さなかつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施に利用することのでき
る高純度マグネシア微粉末製造装置の例を示して
いる。 A:マグネシウムの蒸発部、B:酸化反応部、
C:生成したマグネシア微粉末の捕集部、1:酸
素含有気体供給路、2:不活性ガス供給路、3:
磁製管、4:磁製管、5:マグネシウム、6:電
気炉、7:フイルター、8:カバー、9:真空ポ
ンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (1) マグネシウム蒸発部において、マグネシ
    ウムを不活性ガス雰囲気下700℃以上の温度に
    加熱してマグネシウム蒸発を生成させる工程; (2) 酸化反応部において、上記マグネシウム蒸気
    と酸素含有気体とを、マグネシウム蒸気分圧
    0.09気圧以下、酸素含有気体の酸素分圧がマグ
    ネシウム蒸気分圧の1/2以上、そして反応温度
    が800〜1600℃の条件で並流にて互いに接触さ
    せることによりマグネシウムを酸化してマグネ
    シアを生成させる工程:および、 (3) 生成したマグネシア微粉末をマグネシア微粉
    末捕集部にて捕集する工程、 を含むことを特徴とする易焼結性の高純度マグネ
    シア微粉末の製造方法。 2 酸化反応部におけるマグネシウム蒸気の滞留
    時間が0.2〜3.0秒であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の易焼結性高純度マグネシア
    微粉末の製造方法。
JP58088889A 1983-05-20 1983-05-20 高純度マグネシア微粉末の製造方法 Granted JPS59213619A (ja)

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