JPS63319299A - Aluminum borate whisker and production thereof - Google Patents

Aluminum borate whisker and production thereof

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JPS63319299A
JPS63319299A JP15241987A JP15241987A JPS63319299A JP S63319299 A JPS63319299 A JP S63319299A JP 15241987 A JP15241987 A JP 15241987A JP 15241987 A JP15241987 A JP 15241987A JP S63319299 A JPS63319299 A JP S63319299A
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aluminum
whiskers
aluminum borate
alkali metal
whisker
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幸治 坂根
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英男 和田
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元 畑
Hajime Kanbara
肇 神原
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Shikoku Chemicals Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain long acicular crystals having a compsn. represented by a formula 2Al2O3.B2O3 (Al4B2O9), superior heat insulating property and superior resistance to hot mineral acids and hot alkalis by treating components for feeding Al and boric acid together with a flux at a relatively low temp. CONSTITUTION:Al hydroxide or an inorg. salt of Al is selected as a component for feeding Al. Boron oxide, an oxyacid of boron or an alkali metal salt thereof is selected as a component for feeding boric acid. Both the components are brought into a reaction by heating to 600-1,000 deg.C in the presence of a flux and produced aluminum borate is grown to obtain whiskers having a compsn. represented by a chemical formula 2Al2O3.B2O3 (Al4B2O9), 0.05-5mum diameter, 2-50mum length and 10-100 aspect ratio.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はホウ酸アルミニウムウィスカー、及びその製造
方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to an aluminum borate whisker and a method for producing the same.

本発明のウィスカーは耐薬品性、断熱性、耐熱性、中性
子吸収能、電気絶縁性に優れており、断熱材、耐熱材、
耐食材の他、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セメント、
セラミックス、金属等の強化材として有用である。
The whisker of the present invention has excellent chemical resistance, heat insulation, heat resistance, neutron absorption ability, and electrical insulation, and can be used as a heat insulating material, a heat resistant material,
In addition to corrosion-resistant materials, thermoplastic resins, thermosetting resins, cement,
It is useful as a reinforcing material for ceramics, metals, etc.

(従来の技術) 熱的、機械的に優れた性質を有するセラミックス系のウ
ィスカーが近年工業的に製造されたり、研究されたすし
ている。セラミックス系のウィスカーは大きく非酸化物
系と酸化物系とに分類され、前者にはSiC,5i3N
a等が、後者にはCa504 。
(Prior Art) Ceramic whiskers having excellent thermal and mechanical properties have been industrially manufactured and researched in recent years. Ceramic whiskers are broadly classified into non-oxide type and oxide type, and the former include SiC, 5i3N
a, etc., and the latter is Ca504.

K2O・6Ti02(特公昭55−25157号公報)
、2Mg0・B2O3(特開昭60−204697号公
報)等が属する。
K2O・6Ti02 (Special Publication No. 55-25157)
, 2Mg0.B2O3 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-204697).

非酸化物系のウィスカーは一般に融点が高く(1900
°C以上)、耐熱性は優秀であるが、製造時に雰囲気調
整が必要なため、設備的、原料的にコストが高くなって
しまい、得られるウィスカーの用途は限られたものとな
ってしまう。
Non-oxide whiskers generally have a high melting point (1900
°C or higher), and has excellent heat resistance, but because the atmosphere must be adjusted during production, the costs for equipment and raw materials are high, and the uses of the resulting whiskers are limited.

これに対して酸化物系のウィスカーは非酸化物系のウィ
スカーはど融点は高くない(1000〜1600°C)
ため耐熱性は劣るが、大気中で溶融剤を用いる液相法で
製造することができるので設備的、原料的コストは低い
。このためそれほど高い耐熱性を要求されない汎用性の
分野、例えばプラスチック類の強化材、アルミニウムの
強化材等の用途に使用することが可能である。
On the other hand, the melting point of oxide whiskers is not as high as that of non-oxide whiskers (1000-1600°C).
Therefore, the heat resistance is inferior, but since it can be manufactured by a liquid phase method using a melting agent in the atmosphere, the equipment and raw material costs are low. Therefore, it can be used in general-purpose fields that do not require very high heat resistance, such as reinforcing materials for plastics and reinforcing aluminum.

アルミニウムのホウ酸塩の総称であるホウ酸アルミニウ
ムの常圧下における状態図は既に完成されており、 [
P、J、M、Gielisse;Nature、483
6.69〜70(1962)] 、化合物としては2A
I203・B2O3の存在が明らかになっているが、こ
の化合物のウィスカー物質は得られていない。過去に何
度かのウィスカーの合成が試みられているが、得られた
ものは全て状態図には示されていないアルミニウムとホ
ウ素の組成のウィスカーばかりである。
The phase diagram of aluminum borate, a general term for aluminum borates, under normal pressure has already been completed, and [
P, J, M, Gielisse; Nature, 483
6.69-70 (1962)], 2A as a compound
Although the presence of I203.B2O3 has been revealed, the whisker material of this compound has not been obtained. Several attempts have been made to synthesize whiskers in the past, but all that have been obtained are whiskers with a composition of aluminum and boron that is not shown in the phase diagram.

例えば、米国特許第3080242号明細書によると、
水酸化アルミニウムと酸化ホウ素を1400℃に加熱後
、徐冷することにより3A]2C13・B2O3及び9
AI203・B2O3なる組成をもつウィスカーが得ら
れることが知られており、また米国内務省鉱山局からは
、酸化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム、塩化リチウ
ムを1200’0に加熱することにより2.5AI20
3・B2O3なる組成をもつウィスカー、及び酸化アル
ミニウム、四ホウ酸ナトリウム、酸化ホウ素を1400
°Cに加熱することにより、4.8AI2D3・B2O
3なる組成をもつウィスカーが得られることが報告され
ているI R,G Johnson″Bureau o
f Mines Report of  Invest
igations6575″(1965)]。
For example, according to US Pat. No. 3,080,242,
By heating aluminum hydroxide and boron oxide to 1400°C and then slowly cooling them, 3A]2C13・B2O3 and 9
It is known that whiskers with a composition of AI203.B2O3 can be obtained, and the U.S. Department of the Interior's Bureau of Mines has reported that whiskers with a composition of 2.5AI20 can be obtained by heating aluminum oxide, sodium tetraborate, and lithium chloride to 1200'0.
Whiskers with the composition 3.B2O3, and aluminum oxide, sodium tetraborate, and boron oxide at 1400%
By heating to °C, 4.8AI2D3・B2O
It has been reported that whiskers with a composition of 3 can be obtained.
f Mines Report of Invest
igations6575'' (1965)].

更に後者が米国特許第3350166号明細書によれば
1000〜1400°Cにて気体状態のフッ化アルミニ
ウムと酸化ホウ素中に水蒸気を通す気相反応法にて、4
A1203・B2O3なる組成をもつウィスカーが得ら
れることが報告されている。
Furthermore, according to US Pat. No. 3,350,166, the latter is converted into 4 by a gas phase reaction method in which water vapor is passed through aluminum fluoride and boron oxide in the gaseous state at 1000 to 1400°C.
It has been reported that whiskers having the composition A1203.B2O3 can be obtained.

(発明が解決しようとする問題点) CaSOa、に20・6Ti02,2Mg0・B2O3
等の酸化物系ウィスカーは液相法により低コストで製造
することが可能であり、ウィスカーの用途拡大が期待で
きるが、これらは耐薬品性、特に耐酸性が劣るという欠
点が有り、強化材として使用した場合の長期信頼性に問
題が生ずると思われる。これに対して、2AI203・
B2O3型のホウ酸アルミニウムは耐薬品性に優れてい
ることが明らかになっている[J、W。
(Problem to be solved by the invention) CaSOa, ni20・6Ti02,2Mg0・B2O3
Oxide whiskers such as oxide whiskers can be manufactured at low cost using a liquid phase method, and the use of whiskers can be expected to expand. It is thought that problems will arise in long-term reliability when used. On the other hand, 2AI203・
B2O3 type aluminum borate has been shown to have excellent chemical resistance [J, W.

Meller; Comprehensive Tre
atisc on Inorganicand The
oretical  Chemistry 、vol 
V Part A。
Meller; Comprehensive Tre
atisc on Inorganicand The
oretical chemistry, vol.
V Part A.

599pl。599pl.

前述のように、ホウ酸アルミニウムウィスカーは既に合
成されているが、それらの分子式は、3AI203・B
2O3,2,5AI203・B2O3、4A1203・
B2O3。
As mentioned above, aluminum borate whiskers have already been synthesized, but their molecular formula is 3AI203・B
2O3,2,5AI203・B2O3,4A1203・
B2O3.

4.8AI203・B2O3及び9A I 203・B
2O3であり、公知のホウ酸アルミニウムである2A1
203・B2O3のウィスカーは全く合成されていない
4.8AI203・B2O3 and 9AI203・B
2O3 and 2A1 which is a known aluminum borate
203.B2O3 whiskers were not synthesized at all.

またウィスカーとはアスペクト比の高い針状単結晶のこ
とであり、粒界が無く、結晶の欠陥が多結晶より少ない
ので、機械的強度が非常に高いのが特徴だが、大きくな
ると欠陥部分が多くなり、場合によっては単結晶が繊維
軸に集合した多結晶になるためその強度は極端に低下し
てしまい、ウィスカーを利用する意味が無くなってしま
う。上述の測定例として5000MPaの引っ張り強度
を有する繊維径1gm程度のウィスカーでも5gmにな
ると700 MPaの強度にまで低下してしまうことが
報告されている。過去に合成された前述のホウ酸アルミ
ニウムウィスカーは繊維径が5〜1100JL程度で機
械強度の極端に低下する領域のものであり、強化材とし
て用いるためには繊維径1gm前後のウィスカーが望ま
しい。
Whiskers are acicular single crystals with a high aspect ratio, and they have no grain boundaries and fewer crystal defects than polycrystals, so they are characterized by extremely high mechanical strength, but as they grow larger, they tend to have more defects. In some cases, the single crystal becomes a polycrystal that gathers around the fiber axis, so its strength is extremely reduced, and the use of whiskers becomes meaningless. As an example of the above measurement, it has been reported that even a whisker with a fiber diameter of about 1 gm having a tensile strength of 5000 MPa decreases to a strength of 700 MPa when the fiber diameter reaches 5 gm. The above-mentioned aluminum borate whiskers synthesized in the past have a fiber diameter of about 5 to 1100 JL and have extremely low mechanical strength, and whiskers with a fiber diameter of about 1 gm are desirable for use as reinforcing materials.

従って、本発明の目的は、従来のホウ酸アルミニウムウ
ィスカーの前記欠点が解消され、耐薬品性、断熱性、耐
熱性、中性子吸収能、電気絶縁性等に優れ且つ繊維径が
微細で、強度に優れたホウ酸アルミニウムウィスカー及
びその製法を提供するにある。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of conventional aluminum borate whiskers, to have excellent chemical resistance, heat insulation, heat resistance, neutron absorption ability, electrical insulation, etc., to have fine fiber diameter, and to have high strength. An object of the present invention is to provide an excellent aluminum borate whisker and a method for producing the same.

(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、このような事情に鑑み、克明な研究を重
ねた結果、アルミニウム供給成分としてアルミニウムの
水酸化物、及びアルミニラムノ無機塩の中から選ばれた
ものを所定のホウ酸供給成分と溶融剤とを所定の温度で
反応させることにより、その目的を達成しうることを見
出した。
(Means for Solving the Problems) In view of the above circumstances, the inventors of the present invention have conducted extensive research, and as a result, have selected aluminum hydroxide and aluminum rhamno inorganic salt as an aluminum supplying component. It has been found that this objective can be achieved by reacting a given boric acid supply component with a melting agent at a given temperature.

即ち、本発明によれば、化学式2A I 203・B2
O3(AI4B209)で表わされる組成をもつホウ酸
アルミニウムウィスカーが提供される。
That is, according to the present invention, the chemical formula 2A I 203·B2
Aluminum borate whiskers are provided having a composition represented by O3 (AI4B209).

本発明によればまた、アルミニウム供給成分、及びアル
ミニウム無機塩の中から選ばれた少なくとも一種のアル
ミニウム供給成分と、ホウ素の酸化物、酸素酸、及びそ
のアルカリ金属塩の中から選ばれた少なくとも一種のホ
ウ酸供給成分とをアルカリ金属の塩化物、アルカリ金属
の硫酸塩及びアルカリ金属の炭酸塩の中から選ばれた少
なくとも一種の溶融剤の存在下600〜1000℃の温
度に加熱して反応、育成させることを特徴とするホウ酸
アルミニウムウィスカーの製造方法が提供される。
According to the present invention, there is also provided an aluminum supplying component, at least one aluminum supplying component selected from aluminum inorganic salts, and at least one aluminum supplying component selected from boron oxides, oxyacids, and alkali metal salts thereof. reacting with a boric acid supply component by heating to a temperature of 600 to 1000 ° C. in the presence of at least one melting agent selected from alkali metal chlorides, alkali metal sulfates, and alkali metal carbonates, Provided is a method for producing aluminum borate whiskers, which comprises growing aluminum borate whiskers.

(作 用) 本発明のホウ酸アルミニウムウィスカーは2AI203
・B2O3の針状単結晶から成ることが顕著な特徴であ
る。式2A1203・B2O3のポウ酸アルミニウが他
のホウ酸アルミニウムに比して耐化学薬品性に優れてい
ることは既に述べた通りであるが、本発明のウィスカー
もその特性をそのまま保有している。
(Function) The aluminum borate whisker of the present invention is 2AI203
・The remarkable feature is that it consists of a needle-shaped single crystal of B2O3. As already mentioned, the aluminum borate of the formula 2A1203.B2O3 has better chemical resistance than other aluminum borates, and the whisker of the present invention also retains this property.

本発明のホウ酸アルミニウムウィスカーはM1表に示す
X線回折データ及び第1図の電子顕微鏡写真に示す繊維
形状を有している。この第1表によると、本発明のウィ
スカーでは、 2AI203・B2O3の単−相から成
り、その結晶構造はC軸方向(繊維軸方向)に極めて顕
著に発達しており、また第1図からは、繊維径が著しく
微細でしかも均一であり、強度の点で強く望まれている
繊維構造となっていることが理解される。
The aluminum borate whiskers of the present invention have the X-ray diffraction data shown in Table M1 and the fiber shape shown in the electron micrograph of FIG. According to Table 1, the whisker of the present invention is composed of a single phase of 2AI203.B2O3, and its crystal structure is extremely developed in the C-axis direction (fiber axis direction). It is understood that the fiber diameter is extremely fine and uniform, resulting in a fiber structure that is highly desired in terms of strength.

本発明のホウ酸アルミニウムウィスカーは、アルミニウ
ム供給成分、及びホウ素供給成分を溶融剤の存在下に反
応させることにより得られるが、アルミニウム供給成分
としてアルミニウム水酸化物又はアルミニウム無機塩を
用いることが−っの特徴である。この特定の成分は、反
応・育成時に活性な酸化アルミニウムに転化され、その
高反応性のため、未反応アルミナの残存という問題がな
く・生成ウィスカーの径を微細化するという作用を呈す
る。
The aluminum borate whiskers of the present invention can be obtained by reacting an aluminum supply component and a boron supply component in the presence of a melting agent, but it is preferable to use aluminum hydroxide or an aluminum inorganic salt as the aluminum supply component. It is a characteristic of This specific component is converted into active aluminum oxide during reaction and growth, and due to its high reactivity, there is no problem of unreacted alumina remaining and it has the effect of reducing the diameter of the generated whiskers.

また、溶融剤、特に低粘度の溶融剤の存在下に比較的低
い温度で反応を行わせることも特徴の一つであり、これ
により生成ウィスカー中のB2O3成分が脱離分解する
傾向が防止され、前記単一組成の2A l 203・B
2O3ウィスカーが生成するものと認められる。
Another feature is that the reaction is carried out at a relatively low temperature in the presence of a melting agent, especially a low-viscosity melting agent, which prevents the tendency of the B2O3 component in the generated whiskers to desorb and decompose. , the single composition 2A l 203·B
It is recognized that 2O3 whiskers are generated.

(発明の好適態様) 本発明のアルミニウム供給成分としてはアルミニウムの
水酸化物例えば、水酸化アルミニウムやアルミニウムの
硫酸塩、例えば、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム
14〜18永和物、硫酸アルミニウムカリウム、M酸ア
ルミニウムカリウム12水和物、硫酸アルミニウムナト
リウム、硫酸アルミニウムナトリウム12水和物、硫酸
アンモニウムアルミニウム、硫酸アンモニウムアルミニ
ウム12水和物やアルミニウムの硝酸塩、例えば、硝酸
アルミニウム、硝酸アルミニウム9水和物やアルミニウ
ムの塩化物、例えば、塩化アルミニウム、塩化アルミニ
ウム6水和物またはアルミニウムの酸水酸化物例えば、
ベーマイト、′ジアスポア、トーダイト等を挙げること
ができ、これらは単独で用いてもよいし、また2種以上
混合してもよい。これらアルミニウム供給成分は全て大
気中加熱により分解して活性な酸化アルミニウムを発生
するものであり、非常に反応性が高いためアルミナをア
ルミニウム供給成分として用いた時のような未反応アル
ミナの残存という問題も無く、育成したホウ酸アルミニ
ウムウィスカーは微細ニなるのが特徴である。
(Preferred Embodiment of the Invention) As the aluminum supply component of the present invention, aluminum hydroxides, such as aluminum hydroxide and aluminum sulfates, such as aluminum sulfate, aluminum sulfate 14 to 18 eternal, aluminum potassium sulfate, aluminum M acid Potassium dodecahydrate, sodium aluminum sulfate, sodium aluminum sulfate dodecahydrate, ammonium aluminum sulfate, ammonium aluminum sulfate dodecahydrate, and aluminum nitrates, such as aluminum nitrate, aluminum nitrate nonahydrate, and aluminum chlorides, such as , aluminum chloride, aluminum chloride hexahydrate or aluminum acid hydroxide, e.g.
Examples include boehmite, diaspore, and todite, which may be used alone or in combination of two or more. All of these aluminum supply components decompose when heated in the atmosphere to generate active aluminum oxide, and because they are extremely reactive, there is the problem of unreacted alumina remaining when alumina is used as an aluminum supply component. The grown aluminum borate whiskers are characterized by their fine size.

次にホウ酸供給成分としては、ホウ素の酸化物、例えば
酸化ホウ素やホウ素の酸素酸、例えば、オルトホウ素酸
(H3BO3) 、四ホウ酸(H2ELO7)メタホウ
酸(HBO2)或いはこれらのアルカリ金属塩、例えば
四ホウ酸ナトリウム、ピロホウ醇す]・リウム、ピロホ
ウ酸カリウム、メタホウ酸ナトリウム等が挙げられ、こ
れらは単独でもまた2種以上混合してもよい。
Next, as the boric acid supplying component, boron oxides such as boron oxide, boron oxyacids such as orthoboric acid (H3BO3), tetraboric acid (H2ELO7), metaboric acid (HBO2), or alkali metal salts thereof, Examples include sodium tetraborate, pyroborate, potassium pyroborate, sodium metaborate, etc., and these may be used alone or in combination of two or more.

更に溶融剤としてはアルカリ金属の塩化物、例えば塩化
ナトリウム、塩化カリウムやアルカリ金属の硫酸塩、例
えば硫酸ナトリウム、硫酸カリウム或いはアルカリ金属
の炭酸塩、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙
げられ、これらは単独でもまた2種以上混合して用いて
もよい。
Furthermore, examples of the melting agent include chlorides of alkali metals such as sodium chloride and potassium chloride, sulfates of alkali metals such as sodium sulfate and potassium sulfate, and carbonates of alkali metals such as sodium carbonate and potassium carbonate. They may be used alone or in combination of two or more.

本発明方法に従えば、前記のアルミニウム供給成分とホ
ウ酸供給成分とをアルミニウムとホウ素のモル比1:9
から6:4の範囲の割合で混合し、さらに溶融剤を全重
量の10〜95重量%の範囲で添加し、600〜100
0℃の範囲の温度で通常30分から8時間反応させるこ
とによって2A1203・B2O3なる組成をもつホウ
酸アルミニウムウィスカーを生成ごせることができる。
According to the method of the present invention, the aluminum supplying component and the boric acid supplying component are combined in a molar ratio of aluminum to boron of 1:9.
to 6:4, and further a melting agent is added in a range of 10 to 95% by weight of the total weight, 600 to 100% by weight.
Aluminum borate whiskers having the composition 2A1203.B2O3 can be produced by reacting at a temperature in the range of 0 DEG C. for typically 30 minutes to 8 hours.

この際加熱温度が6006C未満では、反応が不十分で
あり、またto’oo’cを超えると溶融剤存在下では
生成した2A I 203・B?03ウィヌカー中のB
2O3成分が徐々に脱離する分解反応が起こるので好ま
しくない。既に合成が報告されている前述のホウ酸アル
ミニウム3A1203・B2O3及び2.5A12o3
−8203テは溶融液の粘度を低下させウィスカーの成
長速度を高めるため反応温度を1200〜1400°C
と高くしているため、この分解反応が起こっていると考
えられる。本発明では、このような現象を防ぐため溶融
粘度の低い溶融剤を用い、反応温度を1000°C以下
にしたものである。
At this time, if the heating temperature is less than 6006C, the reaction is insufficient, and if it exceeds too'oo'c, 2A I 203 B? 03 B in Winukah
This is not preferable because a decomposition reaction occurs in which the 2O3 component is gradually eliminated. The aforementioned aluminum borate 3A1203・B2O3 and 2.5A12o3 whose synthesis has already been reported
-8203TE, the reaction temperature was set at 1200-1400°C to reduce the viscosity of the melt and increase the whisker growth rate.
It is thought that this decomposition reaction is occurring because of the high In the present invention, in order to prevent such a phenomenon, a melting agent having a low melt viscosity is used and the reaction temperature is set to 1000°C or less.

この反応生成物からウィスカーを単離するには、先ず熱
水或いはIN程度の熱塩酸、熱硫酸、熱硝酸等で処理し
て溶融剤その他の水溶性成分を除去する。無機酸を用い
るのは溶解速度を向」二させるためであり、熱水に比べ
て処理時間は1/10〜1/20に短縮できる。用いた
原料組成により水不溶の副生物がある場合には、残留物
からデカンテーション、水ひ、気泡分離等の手段で繊維
状物を分離する。次いでこのようにして得られた粗製ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーを水で十分に洗浄し、不純
物を除去すれば純粋な2A1203・B2O3なる組成
をもつホウ酸アルミニウムウィスカーが得られる。
In order to isolate whiskers from this reaction product, first, it is treated with hot water, hot hydrochloric acid, hot sulfuric acid, hot nitric acid, etc. to remove the melting agent and other water-soluble components. The purpose of using an inorganic acid is to improve the dissolution rate, and the treatment time can be shortened to 1/10 to 1/20 compared to using hot water. If water-insoluble by-products are present due to the composition of the raw materials used, the fibrous materials are separated from the residue by means such as decantation, water plating, and bubble separation. The crude aluminum borate whiskers thus obtained are then thoroughly washed with water to remove impurities, yielding pure aluminum borate whiskers having a composition of 2A1203.B2O3.

このようにして得られたホウ酸アルミニウムウィスカー
は、粉末X線回折において、ASTM粉末X線回折カー
ド29−10 ニ比べ、d値5.30人の[220]面
、d値3.34 Aの[231]面、d値2.65 O
Aの[440]面及び[341]面の回折強度が強くな
っており、全ての回折ピークは2AI203・B2O3
の結晶構造に帰属される。
In powder X-ray diffraction, the aluminum borate whiskers thus obtained had a [220] plane with a d value of 5.30 and a d value of 3.34 A compared to ASTM powder X-ray diffraction card 29-10. [231] plane, d value 2.65 O
The diffraction intensity of the [440] plane and [341] plane of A is strong, and all the diffraction peaks are 2AI203・B2O3
It is assigned to the crystal structure of

またピロ硫酸ナトリウムで溶融分解した後、水溶液とし
たものの常法による元素定量及び走査型電子顕微鏡観察
結果ともあわせて以上の方法で得たものは2AI203
・B2O3の単−相からなるホウ酸アルミニウムウィス
カーと同定することができる。
In addition, after melting and decomposing with sodium pyrosulfate, the aqueous solution obtained by the above method was 2AI203.
- Can be identified as aluminum borate whiskers consisting of a single phase of B2O3.

(発明の効果) 前記のようにして単離されたホウ酸アルミニウムウィス
カーは繊維径0.05〜571m、特に0.1〜3pm
、長さ2〜100μm、特に2〜50Ji。
(Effect of the invention) The aluminum borate whiskers isolated as described above have a fiber diameter of 0.05 to 571 m, particularly 0.1 to 3 pm.
, length 2-100 μm, especially 2-50 Ji.

m、アスペクト比lO〜100の無色透明の長針状結晶
であって熱鋸酸、熱アルカリには優れた耐性を有し、例
えば、2N−塩酸に90°Cで2日間浸漬しても全く重
量減少は無く、外観も変化が見られない。また熱王水中
でも容易に溶解させることは不可能であり、該ウィスカ
ーを分解溶解させるためにはピロ硫酸ナトリウム、水酸
化ナトリウム等で溶融するしか方法は無い。
m, colorless and transparent long acicular crystals with an aspect ratio of 10 to 100, and have excellent resistance to hot saw acid and hot alkalis. There is no decrease and no change in appearance is observed. Furthermore, it is impossible to easily dissolve the whiskers in hot aqua regia, and the only way to decompose and dissolve the whiskers is to melt them with sodium pyrosulfate, sodium hydroxide, or the like.

本発明のホウ酸アルミニウムウィスカーは耐酸性、耐ア
ルカリ性、耐薬品性、断熱性、耐熱性、中性子吸収能、
電気絶縁性に優れており、断熱材、耐熱材、耐食材の他
、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セメント、セラミック
ス、金属等の強化材として極めて有用である。
The aluminum borate whiskers of the present invention have acid resistance, alkali resistance, chemical resistance, heat insulation, heat resistance, neutron absorption ability,
It has excellent electrical insulation properties and is extremely useful as a heat insulator, heat resistant material, corrosion resistant material, and as a reinforcing material for thermoplastic resins, thermosetting resins, cement, ceramics, metals, etc.

(実施例) 以下本発明を実施例によって具体的に説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below using examples.

実施例1 硫酸アルミニウム(Al1(SO4)3) 7 gとオ
ルトホウ酸(H3BO3) 3.7 g及び溶融剤とし
て塩化カリウム(KCI)7gを乳鉢中で十分に粉砕混
合し、アルミナ製るつぼに入れ、電気炉中850′03
時間反応させる。反応物を徐冷した後、200ccのI
N塩酸で煮沸して溶融剤を溶解除去することにより粗製
ホウ酸アルミニウムを得る。続いて水を用いたデカンテ
ーションにより微量の非繊維状副生物を分離し、ホウ酸
アルミニウムウィスカー1.0gを得る。こうして得た
ウィスカーは1050°Cに非調和の融点を持ち、アル
ミニウムとホウ素の定量分析により求めたAl2O3と
B2O3のモル比は1.97:1.00であった。
Example 1 7 g of aluminum sulfate (Al1(SO4)3), 3.7 g of orthoboric acid (H3BO3), and 7 g of potassium chloride (KCI) as a melting agent were thoroughly ground and mixed in a mortar, and placed in an alumina crucible. Electric furnace medium 850'03
Allow time to react. After slowly cooling the reaction mixture, 200 cc of I
Crude aluminum borate is obtained by boiling with N hydrochloric acid to dissolve and remove the melting agent. Subsequently, trace amounts of non-fibrous by-products are separated by decantation with water to obtain 1.0 g of aluminum borate whiskers. The whiskers thus obtained had an anharmonic melting point of 1050°C, and the molar ratio of Al2O3 to B2O3 determined by quantitative analysis of aluminum and boron was 1.97:1.00.

この方法で得られたホウ酸アルミニウムウィスカーは繊
維径0.2〜0.5pm、長さ2〜15gmであり、そ
の走査型電子顕微鏡写真を第1図に、粉末X線回折デー
タをASTM29−10のデータをあわせて第1表に示
した。表1中では[2201[231コ [440コ 
及び [3411等の回折面の強度が高くなっており、
1a維軸はこれらの面に平行もしくは平行に近い方向と
推定できる。
The aluminum borate whiskers obtained by this method have a fiber diameter of 0.2 to 0.5 pm and a length of 2 to 15 gm. A scanning electron micrograph is shown in Fig. 1, and powder X-ray diffraction data are shown in accordance with ASTM 29-1. The data are also shown in Table 1. In Table 1, [2201 [231 pieces] [440 pieces]
and [The intensity of the diffraction plane such as 3411 is high,
The 1a fiber axis can be estimated to be parallel or nearly parallel to these planes.

また粉末X線回折のデータには2A I 203・B2
O3以外の回折ピークは見られず、元素分析の結果もあ
わせて、本実施例では2A I 203・B2O3単−
相のウィスカーが得られていることが説明される。
In addition, powder X-ray diffraction data shows 2A I 203・B2
No diffraction peaks other than O3 were observed, and together with the results of elemental analysis, in this example, 2A I 203 B2O3 mono-
It is explained that phase whiskers are obtained.

第1表 実施例1の粉末X線回折データ比較例1 比較として次に溶融剤としてのアルカリ金属の塩化物、
硫酸塩または炭酸塩を用いない米国特許出願第3080
242号の方法に従ってホウ酸アルミニウムウィスカー
を合成してみた。
Table 1 Comparative example 1 of powder X-ray diffraction data of Example 1 For comparison, alkali metal chloride as a melting agent,
No Sulfate or Carbonate U.S. Patent Application No. 3080
I attempted to synthesize aluminum borate whiskers according to the method of No. 242.

水酸化アルミニウム(AI(OH)3) 1 g及び酸
化ホウ素(B203)4.0 gを乳鉢中で充分に粉砕
混合し、白金製るつぼに入れ電気炉中1400℃30分
間反応させ徐冷後、実施例1と同様な処理としてホウ酸
アルミニウムウィスカー0.40 gを得た。こうして
得たウィスカーは繊維径的1101L、長さ100〜5
007hmという大きなものであり、アルミニウムとホ
ウ素の定量分析により求めたAl2O:+とB2O3の
モル比は2.76 : 1. OOであった。
1 g of aluminum hydroxide (AI(OH)3) and 4.0 g of boron oxide (B203) were sufficiently pulverized and mixed in a mortar, placed in a platinum crucible, reacted in an electric furnace at 1400°C for 30 minutes, and then slowly cooled. 0.40 g of aluminum borate whiskers were obtained in the same manner as in Example 1. The whiskers thus obtained had a fiber diameter of 1101L and a length of 100~5
007hm, and the molar ratio of Al2O:+ and B2O3 determined by quantitative analysis of aluminum and boron was 2.76:1. It was OO.

実施例2 水酸化アルミニウム(A I (OH) 3)とオルト
ホウ酸4、94 g及び溶融剤として硫酸ナトリウム(
Na2SO4)3.0 gを100ccの水に溶解また
は分散させスラリー状にした後、攪拌しながら蒸発乾固
したものをアルミナ製るつぼに入れ、電気炉中900°
C8時間反応させる。この後実施例1と同様に反応物を
処理し、ホウ酸アルミニウムウィスカー(2AI203
・B203) 0.4 gを得た。このウィスカーは繊
維径的0.IILm、長さ5〜工oJLmであった。
Example 2 Aluminum hydroxide (A I (OH) 3) and orthoboric acid 4.94 g and sodium sulfate (as a melting agent)
After dissolving or dispersing 3.0 g of Na2SO4) in 100 cc of water to form a slurry, the slurry was evaporated to dryness with stirring, then placed in an alumina crucible and heated at 900° in an electric furnace.
React for C8 hours. Thereafter, the reactants were treated in the same manner as in Example 1, and aluminum borate whiskers (2AI203
-B203) 0.4 g was obtained. This whisker has a fiber diameter of 0. IILm, length 5~0JLm.

実施例3 硝酸アルミニウム9水和物(Al(NO3)3・9H2
0)18.8gと四ホウ酸ナトリウム2.5g及び溶融
剤として塩化ナトリウム(NaGI)と塩化カリウム(
KCI)の等モル混合物13gを乳鉢中で充分に粉砕混
合し、アルミナ製るつぼに入れ電気炉中。
Example 3 Aluminum nitrate nonahydrate (Al(NO3)3.9H2
0) 18.8g and 2.5g of sodium tetraborate and sodium chloride (NaGI) and potassium chloride (as melting agents)
13 g of an equimolar mixture of KCI) was thoroughly ground and mixed in a mortar, placed in an alumina crucible, and placed in an electric furnace.

800’C!8時間反応させ、徐冷後1000ccの水
で煮沸して溶融剤を溶融除去して粗製ホウ酸アルミニウ
ムを得る。続いてデカンテーションにより微量の非繊維
状副生物を分離した後、IN塩酸で不純物を溶融除去し
、純粋なホウ酸アルミニウムウィスカー(2A l 2
03・B203) 1.2 gを得た。このウィスカー
は繊維径的0.5gm、長さ約5壓mであった・ 実施例4 硫酸アルミニウム14〜18水利物(Al 2(SO4
) :114〜18H20) 12 gとオルトホウ酸
3.7g及び溶融剤として炭酸ナトリウム(Na2CO
3)5.3 gを乳鉢中で充分に粉砕混合し、白金るつ
ぼに入れ、電気炉中1000°01時間反応させた後、
実施例1の手順に従って処理し、ホウ酸アルミニウムウ
ィスカー(2AI203・B203) 2.5 gを得
た。このウィスカーは繊維径1〜3ルm、長さ20〜3
0pmであった。
800'C! The reaction mixture was allowed to react for 8 hours, and after being slowly cooled, it was boiled with 1000 cc of water to melt and remove the melting agent to obtain crude aluminum borate. Subsequently, trace amounts of non-fibrous by-products were separated by decantation, and impurities were melted away with IN hydrochloric acid to obtain pure aluminum borate whiskers (2A l 2
03・B203) 1.2 g was obtained. This whisker had a fiber diameter of 0.5 gm and a length of about 5 gm. Example 4 Aluminum sulfate 14-18
) : 114-18H20) 12 g, orthoboric acid 3.7 g and sodium carbonate (Na2CO
3) Thoroughly pulverize and mix 5.3 g in a mortar, place in a platinum crucible, and react in an electric furnace at 1000°C for 1 hour.
The procedure of Example 1 was followed to obtain 2.5 g of aluminum borate whiskers (2AI203/B203). This whisker has a fiber diameter of 1 to 3 m and a length of 20 to 3 m.
It was 0pm.

実施例5 硫酸アルミニウム(AIK(SO4)2) 12 g、
酸化ホウ素(B203)2.5 g及び溶融剤として硫
酸ナトリウム(Na2SOn) 10 gを乳鉢中で充
分に粉砕混合し、アルミナ酸るつぼに入れ、電気炉中9
00°04時間反応させた後、実施例1の手順に従って
処理し、ホウ酸アルミナウィスカー(2Al2O3・B
 203)1、5 gを得た。このウィスカーは繊維径
的1pm、長さ20〜50μmであった。
Example 5 Aluminum sulfate (AIK(SO4)2) 12 g,
2.5 g of boron oxide (B203) and 10 g of sodium sulfate (NaSOn) as a melting agent were thoroughly ground and mixed in a mortar, placed in an alumina acid crucible, and heated in an electric furnace for 9 hours.
After reacting for 00°04 hours, it was treated according to the procedure of Example 1 to form borate alumina whiskers (2Al2O3.B
203) 1.5 g was obtained. This whisker had a fiber diameter of 1 pm and a length of 20 to 50 μm.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の実施例1で得られるホウ酸アルミニ
ウム(2A l 203・B203)ウィスカーの繊維
構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。 特許出願人 工 業 技 術 院 長 指定代理人 菅  波  和  彦 復代理人 弁理土鈴木郁男
FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing the fiber structure of aluminum borate (2A 1 203/B203) whiskers obtained in Example 1 of the present invention. Patent applicant: Director-designated agent of the Institute of Industrial Science and Technology: Kazuhiko Suganami Agent: Patent attorney: Ikuo Tsuchi Suzuki

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)化学式2Al_2O_3・B_2O_3(Al_
4B_2O_9)で表わされる組成をもつホウ酸アルミ
ニウムウィスカー。
(1) Chemical formula 2Al_2O_3・B_2O_3(Al_
An aluminum borate whisker having a composition represented by 4B_2O_9).
(2)0.05〜5μmの繊維径、2〜50μmの長さ
及び10〜100のアスペクト比を有する特許請求の範
囲第1項記載のウィスカー。
(2) The whisker according to claim 1, having a fiber diameter of 0.05 to 5 μm, a length of 2 to 50 μm, and an aspect ratio of 10 to 100.
(3)アルミニウム水酸化物、及びアルミニウム無機塩
の中から選ばれた少なくとも一種のアルミニウム供給成
分と、ホウ素の酸化物、酸素酸、及びそのアルカリ金属
塩の中から選ばれた少なくとも一種のホウ酸供給成分と
をアルカリ金属の塩化物、アルカリ金属の硫酸塩及びア
ルカリ金属の炭酸塩の中から選ばれた少なくとも一種の
溶融剤の存在下600〜1000℃の温度に加熱して反
応、育成させることを特徴とするホウ酸アルミニウムウ
ィスカーの製造方法。
(3) At least one aluminum supply component selected from aluminum hydroxide and aluminum inorganic salts, and at least one boric acid selected from boron oxides, oxyacids, and alkali metal salts thereof. reacting and growing the feed components by heating them to a temperature of 600 to 1000°C in the presence of at least one type of melting agent selected from alkali metal chlorides, alkali metal sulfates, and alkali metal carbonates; A method for producing aluminum borate whiskers characterized by:
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