JPS6278112A - ジルコニア微粉末の製造方法 - Google Patents

ジルコニア微粉末の製造方法

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JPS6278112A
JPS6278112A JP21688985A JP21688985A JPS6278112A JP S6278112 A JPS6278112 A JP S6278112A JP 21688985 A JP21688985 A JP 21688985A JP 21688985 A JP21688985 A JP 21688985A JP S6278112 A JPS6278112 A JP S6278112A
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JP
Japan
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zirconia
powder
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JP21688985A
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English (en)
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Toshihiko Funabashi
敏彦 船橋
Ryoji Uchimura
良治 内村
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、ジルコニア含有原料から高純度のジルコニア
(酸化ジルコニウム:Zr02)微粉末を製造する方法
に関するものであり、この明細書で述べる技術内容は、
ジルコニア含有原料、特にジルコン粉末のシリカ(Si
 02 )と金属珪素粉末または金属珪素粉末子炭素含
有物中のCとが所定のモル比となるような配合にかかる
混合物を得、この混合物を減圧下で熱処理することによ
り、高純度で、微細なジルコニアを効率良く製造する方
法である。
かかるジルコニア(zro2)は、2700℃以上の高
融点を有する酸化物であり、鉄鋼業あるいはガラス工業
の分野での耐火材料として、あるいは固体電解質として
酸素濃度測定用センサー、研摩材、顔料など多方面で利
用されている。
(従来技術) 一般的なジルコニア粉末製造技術として現在知られてい
る主なものには、■炭素脱珪アーク炉溶融法、■アルカ
リ溶融法、等がある。
まず上記■の製造法は、ジルコンサンドにコークスや、
さらには鉄くずを添加してアーク炉中に入れて加熱し、
Si 02分を気相中へ揮散させ、あるいは鉄と反応さ
せてフェロシリコンとして除去することにより、いわゆ
るZr 02成分と分離し、ジルコニア粉末を得る方法
である。この方法は、安価なジルコニア粉末を多量に製
造するのには向いているが、高純度のものが1qられな
いという問題点があった。さらに、アーク炉中で溶融さ
せるために相当の高温を必要として時間がかかり、また
、得られたジルコニアブロックを破砕するためにもエネ
ルギーが必要となり、省エネルギーの観点からも問題点
が残っていた。
上記■の製造法は、ジルコンサンドとアルカリを溶融反
応させてジルコン中のSi 02分をアルカリけい酸塩
として洗浄除去し、一方Zr 02成分はジルコン酸ソ
ーダとした後、酸処理などのプロセスを経て、オキシ塩
化ジルコニウム(Zr OCI 2 )にする。そして
このオキシ塩化ジルコニウム(水に可溶)をpH調整し
て水酸化ジルコニウムとし、熱処理してジルコニアを得
る方法である。この方法は上記■の製造法と比べて純度
99%以上の高純度のジルコニアが得られるが、欠点は
製造プロセスが複雑であるために生産性が悪く、コスト
が非常に高くつくことである。
その他のジルコニア粉末の製造技術としては、特開昭5
8−9808号や特開昭58− 15021号公報とし
て開示されたものがある。これらの技術は、ジルコンサ
ンドと炭素粉末を混合して造粒し、さらに該粒状物の周
囲に炭素粒状物を付着させて非酸化性雰囲気中で加熱す
ることにより、Si 02分を気相中に揮散させると同
時に炭素粒状物と反応させ、ジルコニアとSiCを同時
に製造するという技術に関するものである。しかし、こ
のジルコニア粉末を製造する既知技術も、Zl” 02
中にSiO2成分がかなり残留したり、SiCがZr0
z中に混入したりするおそれがあり、また、反応させる
のに高温度、長時間を必要とし、純度、生産性の面で問
題があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明者らは、ジルコン粉末からのジルコニアの製造に
関する従来の炭素脱珪法についてさらに研究をすすめた
結果、ジルコン粉末の脱珪時にいかに効率良<Si O
蒸気を除去するかが製造上非常に重要であることを見出
した。そのために本発明者らは、先に特願昭59− 6
5130号あるいは特願昭59− 95756号として
、減圧下で炭素脱珪するという新規技術を提案した。
しかしながら、この先行提案技術の問題点は、高純度な
ジルコニア粉末が得られるものの、減圧脱珪熱処理の際
に不可避的にジルコニアが粒成長することがらミクロン
オーダーのジルコニア微粉末(≦5μm)を製造するこ
とができないという点にある。
木R明はかかる先行技術がもつかような問題点、すなわ
ち微細な未安定化ジルコニア微粉末が安価にかつ効率良
く製造できないという問題点を解決することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、上記した本発明者らの提案にかかるジル
コニア粉末製造条件についてさらに研究をすすめた結果
、脱珪熱処理のためにジルコン含有原料に加える金属珪
素、炭素含有物の混合比を適切にすると共に好適な熱処
理を行えば、高純度で微細なジルコニアが得られること
をつきとめ、次のような手段からなる製造方法に想到し
た。
すなわち、第1に、ジルコニア含有原料、金属珪素粉末
との混合物、もしくはさらに炭素含有物をも加えた混合
物を、非酸化性雰囲気の減圧下で熱処理し、該ジルコニ
ア含有原料中の不純物成分を揮散除去することを特徴と
するジルコニア微粉末の製造方法、 第2に、ジルコニア含有原料、金属珪素粉末との混合物
、もしくはさらに炭素含有物をも加えた混合物を、非酸
化性雰囲気の減圧下で熱処理し、該ジルコニア含有原料
中の不純物を揮散除去し、引き続き酸化処理を行うこと
を特徴とするジルコニア微粉末の製造方法、 を、上記課題に対する解決手段として採用する。
なお、上記混合物は、ジルコニア含有原料中のSi 0
2とSiとのモル比(Si /Si○2)もしくはさら
に炭素含有物中のCをも加えたモル比(Si +C/S
i 02 )が0.4〜1.5の割合になるように配合
し、 また上記熱処理の条件は、0.4気圧以下、1200〜
2000℃の温度で行う。
(作 用) ジルコニア含有原料(以下は「ジルコン粉末」の例で述
べる)と金属珪素粉末とを混合し、その混合物もしくは
その成形体を高温で熱処理した場合、下記反応式のとお
り反応してジルコニアが得られる。
Zr 02 ・Si 02  (S)+Si  (S)
−+Zr 02  (S) + 2Si O(!If 
)上記反応式は1気圧よりも低い減圧雰囲気においてよ
り効率的に進行し、また脱珪反応であるから、前記金属
珪素に加えてさらに炭素含有物を加えると、かかる脱珪
反応はさらに効率的なものとなる。
本発明方法で使用するジルコン粉末としては、純度の高
いジルコニア微粉末を製造するのであるから当然高純度
原料の使用が不可欠であり、Zr0zとSi 02以外
の不純物成分はなるべく少ない方が良く、例えばジルコ
ンサンドを粉砕したものが挙げられる。ただ炭素との反
応を速やかに進行させるために細い方が望ましい。具体
的な数値で示すと、Zr 02 +si 02が98.
5%以上で44μm以下の粒度のジルコン粉末が適切で
ある。
次に、本発明において使用する上記ジルコン粉末と混合
する金属珪素粉末についても、得られるジルコニア粉末
の純度を良好に維持するために、純度は高いものの方が
望ましく、粒度についてもジルコン粉末との反応を速か
に行わせるために細かい方が望ましい。なお、本発明に
おいて好適に使用される金属珪素粉末としては、例えば
99.5%以上の純度を有し50μm以下の粒度のもの
が良い。
次に本発明においてジルコン粉末と混合する炭素含有物
については、得られるジルコニア粉末の純度を高く保つ
ために、減圧脱珪後該ジルコニア中に残留するような灰
分はなるべく少ない方が望ましい。例えば本発明におい
て好適に使用される炭素含有物としては、灰分の少ない
石油コークスや石油あるいは、石炭ピッチ、カーボンブ
ラックなどが挙げられるが、さらに、フェノール樹脂、
ポリエチレンなどの加熱により炭素を生成する有機樹脂
なども使用することができる。
なお、上記金属珪素粉末および炭素含有物質は、ジルコ
ン粉末との混合粉末とするか、あるいはそれら混合粉末
の成形体の形で使用するので、脱珪反応を確実に進行さ
せるために、混合は十分に行う必要がある。
次に、本発明にあってはジルコン粉末中のシリカと、金
属珪素もしくは該金属珪素および炭素含有物中の炭素と
は、それらのモル比(St/Si 02 ) 、 (S
i +C/Si 02 ) tfi O,4〜1.5と
なるような割合で配合するが、配合がこの範囲内に限定
される理由は、次のとおりである。
すなわち、ジルコン粉末と金属珪素粉末、炭素含有物と
のモル比(Si /Si 02 、Si +C/Si 
02 )が0.4より小さいとジルコン粉末中のSio
2を完全に脱珪(st 02をSiO蒸気として連敗)
するのにSiおよび/またはCが不足して脱珪処理後も
ジルコンが残留する。逆に、Si /Si 02 、S
i +C/Si 02が1.5より大きいと、ジルコン
中のSiO2をSiO蒸気として除去するのには十分な
量であるが、SiおよびCが多いために還元性となり過
ぎ、SiやZrCが残留し、最終的に得られるZr 0
2の純度を悪くするので良くない。従って、ジルコニア
の純度を良好に保つためには、ジルコン粉末中のシリカ
と金属珪素とのモル比(Si /Si 02 )もしく
はさらに加えられる炭素含有物中の炭素量をSi +C
/Si 02で表して0.4〜1.5の範囲内に限定す
る必要がある。なお本発明において用いられる炭素含有
物中の炭素とは1000℃以下で揮発する成分を除去し
た高温で脱珪反応に関与する固定炭素のことである。
次に本発明においては、ジルコン粉末と金属珪素粉末、
さらには炭素含有物をも加えたそれらの混合物、その成
形体を0゜4気圧以下で脱珪熱処理を施すが、0.4気
圧以下に限定する理由は0.4気圧よりも圧力が高いと
SiO蒸気の効果的な揮発除去ができず、効率が悪い上
、微細で高純度のジルコニア粉末を1qるのが困難にな
るからである。
また、本発明の実施の際に用いられる減圧雰囲気として
は、炭素含有物を使用する場合酸化による焼損を避ける
ために、N2.Ar、COなどの非酸化性ガス雰囲気が
好適である。
次に本発明においては、脱珪熱処理温度を、1200〜
2000℃の範囲内に限定したが、その理由は1200
℃よりも低いと脱珪する(Si O蒸気とする)のに長
時間の熱処理が必要となって生産性が悪いからであり、
また2000℃よりも高くなると、熱処理のためのエネ
ルギーコストが高くなり、経済的に不利となるからであ
る。
本発明によれば、上述の如き脱珪熱処理条件の採用によ
って微細で高純度なジルコニア粉末が製造できる。何故
、金属珪素粉末を用いることによって、微細なジルコニ
ア粉末が得られるかについては今のところ詳細は不明で
あるが、考えられる理由として、金属珪素の低い融点に
あると考えられる。すなわち、金属珪素(Si )の融
点は1410°Cであり、このために溶融したSiがジ
ルコン粉末中に毛細管現象で浸透していき、ジルコンの
個々の粒子表面を溶融したSiが覆って個々の、ジルコ
ン粒を分離した状態で脱珪させることができるようにな
る。その結果、高温度での減圧脱珪熱処理の際あるいは
ジルコン粒になった後においても、粒成長が抑制され、
微細なジルコニア粉末が得られるのではないかと推定さ
れる。しかも、金属Siの融点(1410℃)以下とし
てのは、低温度であるので、ジルコニア粉の粒成長はな
く、それが結果的に微細なジルコニア粉末を得るのに役
立つと推定される。
さて、本発明では、減圧熱処理によって生成する結晶は
ほとんどがZr 02であるが、ジルコンと炭素の混合
割合によっては、一部zr o。
ZrCなどが生成する。そうした場合、脱珪のための熱
処理後、さらに酸化処理を行ってZr Q。
ZrCなどをZr0zにすると、一層の高純度化が達成
される。
すなわら、本発明においては、ジルコン中のシリカ粉末
を完全に脱珪させるために、ジルコン中のシリカに相当
するモル比よりも炭素量が若干過剰になるように炭素含
有物を配合する。このようにして加熱すると、脱珪熱処
理条件によっては、ZrOやZrCを酸化してZr 0
2にすることができる。しかも、熱処理後残留している
炭素も酸化して気相中に揮散除去させ得る。なお酸化処
理時の温度は、600〜900℃の範囲が適当である。
(実施例) Z「02とSi 02の合計含有量が99.0%の平均
粒径0.97μmのジルコン粉末と、50μm以下に粉
砕した金属珪素粉末(99,9%Si)とから、第1表
に示すような各種のモル比(Si/Si 02 )の異
なる混合物を調整した。また第2表には、5iとカーボ
ンブラックとを混合し調整した。それらをボールミル中
で十分に混合した後、それぞれ2011H1φx 20
mmの成形体を金型成形器を用いて調整した。これらの
成形体を用いて第1.2表に示す熱処理条件で減圧脱珪
処理を行い、熱処理後、粉末X線回折で存在結晶層の同
定、Zr02t=[+度の分析を行った。さらに、得ら
れたジルコニア粉末について、アルミナ乳鉢にて一定t
11間軽く粉砕し、粒度測定を行い、平均粒径を求めた
。これらの結果を同じく第1,2表に示す。
第1.2表から明らかなように、本発明によれば、従来
の製造方法に比べて高純度で微細なジルコニア粉末が得
られることがわかる。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、高純度で微細な未安
定化状態のジルコニア微粉末を量産規模で効率良く製造
できる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ジルコニア含有原料と金属珪素粉末との混合物を、
    非酸化性雰囲気の減圧下で熱処理し、該ジルコニア含有
    原料中の不純物成分を揮散除去することを特徴とするジ
    ルコニア微粉末の製造方法。 2、ジルコニア含有原料と金属珪素粉末との混合物を、
    非酸化性雰囲気の減圧下で熱処理し、該ジルコニア含有
    原料中の不純物を揮散除去し、引き続き酸化処理を行う
    ことを特徴とするジルコニア微粉末の製造方法。 3、上記熱処理を、0.4気圧以下、1200〜200
    0℃の温度で行うことを特徴とする特許請求の範囲1ま
    たは2に記載の製造方法。 4、上記混合物を、ジルコニア含有原料中のSiO_2
    とSiとのモル比(Si/SiO_2)が0.4〜1.
    5の割合になるように配合して形成することを特徴とす
    る特許請求の範囲1または2に記載の製造方法。 5、ジルコニア含有原料、金属珪素粉末および炭素含有
    物との混合物を、非酸化性雰囲気の減圧下で熱処理し、
    該ジルコニア含有原料中の不純物成分を揮散除去するこ
    とを特徴とするジルコニア微粉末の製造方法。 6、ジルコニア含有原料、金属珪素粉末および炭素含有
    物との混合物を、非酸化性雰囲気の減圧下で熱処理し、
    該ジルコニア含有原料中の不純物を揮散除去し、引き続
    き酸化処理を行うことを特徴とするジルコニア微粉末の
    製造方法。 7、上記熱処理を、0.4気圧以下、1200〜200
    0℃の温度で行うことを特徴とする特許請求の範囲5ま
    たは6に記載の製造方法。 8、上記混合物を、ジルコニア含有原料中のSiO_2
    とSiおよび炭素含有物中のCとのモル比(Si+C/
    SiO_2)が0.4〜1.5の割合になるように配合
    して形成することを特徴とする特許請求の範囲5または
    6に記載の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10226131A1 (de) * 2002-06-12 2003-12-24 Studiengesellschaft Kohle Mbh Thermisch stabile Materialien mit hoher spezifischer Oberfläche
KR20220138954A (ko) * 2021-04-07 2022-10-14 공주대학교 산학협력단 시멘트 제조공정에서 발생되는 염소 바이패스 더스트로부터 추출한 염화칼륨 무근 콘크리트 자극제와 이를 포함하는 무근 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 무기계 인조대리석

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DE10226131A1 (de) * 2002-06-12 2003-12-24 Studiengesellschaft Kohle Mbh Thermisch stabile Materialien mit hoher spezifischer Oberfläche
KR20220138954A (ko) * 2021-04-07 2022-10-14 공주대학교 산학협력단 시멘트 제조공정에서 발생되는 염소 바이패스 더스트로부터 추출한 염화칼륨 무근 콘크리트 자극제와 이를 포함하는 무근 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 무기계 인조대리석

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