WO2022172940A1 - 無機構造体及びその製造方法 - Google Patents

無機構造体及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022172940A1
WO2022172940A1 PCT/JP2022/005031 JP2022005031W WO2022172940A1 WO 2022172940 A1 WO2022172940 A1 WO 2022172940A1 JP 2022005031 W JP2022005031 W JP 2022005031W WO 2022172940 A1 WO2022172940 A1 WO 2022172940A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inorganic
particles
inorganic particles
test sample
inorganic structure
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/005031
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
夏希 佐藤
亮介 澤
直樹 栗副
達郎 吉岡
徹 関野
成訓 趙
知代 後藤
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to CN202280013414.0A priority Critical patent/CN116917250A/zh
Priority to US18/275,793 priority patent/US20240116823A1/en
Priority to JP2022580647A priority patent/JPWO2022172940A1/ja
Priority to EP22752763.7A priority patent/EP4292993A1/en
Publication of WO2022172940A1 publication Critical patent/WO2022172940A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped 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 aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C04B35/119—Composites with zirconium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped 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 aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped 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 titanium oxides or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/449—Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5204—Monocrystalline powders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/85—Intergranular or grain boundary phases

Definitions

  • the present invention relates to an inorganic structure and a manufacturing method thereof.
  • a sintering method is known as a method of manufacturing an inorganic structure made of ceramics.
  • the sintering method is a method of obtaining a sintered body by heating an aggregate of solid powder made of an inorganic substance at a temperature lower than the melting point.
  • Patent Document 1 discloses a glass powder made of WO 3 , TiO 2 or a solid solution thereof and containing crystals having photocatalytic properties. It is disclosed that a shaped compact is obtained. It is also described that such a solidified molded product is useful as a photocatalytic functional material having excellent photocatalytic properties.
  • An object of the present invention is to provide an inorganic structure that can be produced by a simple method and has a high density, and a method for producing the inorganic structure.
  • an inorganic structure includes a plurality of inorganic particles, and a bonding portion that covers the surface of each of the plurality of inorganic particles and bonds each of the plurality of inorganic particles.
  • the joint portion contains an amorphous compound containing at least one of aluminum and titanium, oxygen, and one or more metal elements, and a plurality of fine particles having an average particle size of 100 nm or less.
  • the average particle size of the plurality of inorganic particles is 1 ⁇ m or more, and the volume ratio of the plurality of inorganic particles is 30% or more.
  • the above method includes the step of pressurizing and heating the mixture under conditions of a pressure of 10-600 MPa and a temperature of 50-300°C.
  • the volume ratio of the plurality of inorganic particles in the mixture is 30% or more.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an inorganic structure according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing an inorganic structure according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of the test sample of Example 1 at 500 ⁇ magnification.
  • FIG. 4 is an SEM image of the test sample of Example 1 magnified 2000 times.
  • FIG. 5 is an SEM image of the second alumina powder magnified 2000 times.
  • FIG. 6 is an SEM image of the second alumina powder magnified 10,000 times.
  • FIG. 7 is an SEM image of the test sample of Reference Example 1 magnified 2000 times.
  • FIG. 8 is an SEM image of the test sample of Reference Example 1 magnified 10,000 times.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an inorganic structure according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing an inorganic structure according
  • FIG. 9 is an EDX spectrum of the part where particles exist in the test sample of Example 1;
  • FIG. 10 is an EDX spectrum of the portion binding particles in the test sample of Example 1;
  • 11 is a diagram showing the results of mapping analysis on the test sample of Example 1.
  • FIG. 12 shows the XRD pattern of the secondary alumina powder (fumed alumina) as a raw material, the XRD pattern of the test sample of Reference Example 2, and the XRD patterns of ⁇ -alumina and ⁇ -alumina registered with ICSD.
  • FIG. 13 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 1, which was processed with a cross-section polisher and magnified 2000 times.
  • FIG. 14 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 1, which was subjected to cross-section polishing and magnified 5000 times.
  • FIG. 15 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 1, which was subjected to cross-section polishing and magnified 10,000 times.
  • FIG. 16 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 1, which was subjected to cross-section polishing and magnified 50,000 times.
  • FIG. 17 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 1, which was subjected to cross-section polishing and magnified 2000 times.
  • FIG. 18 is a binarized image of the SEM image of FIG.
  • FIG. 19 is an SEM image of the test sample of Example 2 magnified 500 times.
  • FIG. 20 is an SEM image of the test sample of Example 2 magnified 2000 times.
  • FIG. 21 is an SEM image of titania powder magnified 2000 times.
  • FIG. 22 is an SEM image of titania powder magnified 10,000 times.
  • FIG. 23 is an SEM image of the test sample of Reference Example 3 magnified 2000 times.
  • FIG. 24 is an SEM image of the test sample of Reference Example 3 magnified 10000 times.
  • FIG. 25 is the EDX spectrum of the part where particles exist in the test sample of Example 2;
  • FIG. 26 is an EDX spectrum of the portion binding particles in the test sample of Example 2;
  • 27 is a diagram showing the results of mapping analysis on the test sample of Example 2.
  • FIG. 28 shows the XRD pattern of the raw material titania powder (fumed titania), the XRD pattern of the test sample of Reference Example 3, and the XRD patterns of rutile-type TiO 2 and anatase-type TiO 2 registered with ICSD.
  • FIG. 29 is a cross-sectional SEM image of the test sample of Example 2, which was cross-section polished and magnified 2000 times.
  • FIG. 30 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 2, which was subjected to cross-section polishing and magnified 5000 times.
  • FIG. 31 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 2, which was cross-section polished and magnified 10,000 times.
  • FIG. 29 is a cross-sectional SEM image of the test sample of Example 2, which was cross-section polished and magnified 2000 times.
  • FIG. 30 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 2, which was subjected to cross-section polishing and magnified 5000 times.
  • FIG. 31
  • FIG. 32 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 2, which was processed with a cross-section polisher and magnified 50000 times.
  • FIG. 33 is an SEM image of the cross section of the test sample of Example 2, which was cross-section polished and magnified 2000 times.
  • FIG. 34 is a binarized image of the SEM image of FIG.
  • An inorganic structure 1 of the present embodiment includes a plurality of inorganic particles 2 and bonding portions 3, as shown in FIG. Adjacent inorganic particles 2 are bonded to each other via bonding portions 3 to form an inorganic structure 1 in which a plurality of inorganic particles 2 are aggregated.
  • the inorganic particles 2 are composed of an inorganic substance, and the inorganic substance contains at least one metal element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, base metals and semi-metals.
  • alkaline earth metals include beryllium and magnesium, in addition to calcium, strontium, barium and radium.
  • Transition metals include, for example, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, silver, tungsten, platinum, and gold.
  • Base metals include aluminum, zinc, gallium, cadmium, indium, tin, mercury, thallium, lead, bismuth and polonium.
  • Metalloids include boron, silicon, germanium, arsenic, antimony and tellurium.
  • the inorganic substance preferably contains aluminum.
  • the inorganic particles 2 containing a metal element as described above can be easily bonded via the bonding portion 3 by a pressure heating method, as will be described later.
  • the inorganic substance constituting the inorganic particles 2 is, for example, at least one selected from the group consisting of oxides, nitrides, hydroxides, hydroxide oxides, sulfides, borides, carbides and halides of the above metal elements. is preferably The oxides of metal elements described above may include phosphates, silicates, aluminates and borates in addition to compounds in which only oxygen is bonded to metal elements.
  • the inorganic substance constituting the inorganic particles 2 may be a composite anion compound containing the metal element.
  • a complex anion compound is a substance containing a plurality of anions in a single compound, and examples thereof include acid fluorides, acid chlorides, and oxynitrides.
  • Inorganic substances constituting the inorganic particles 2 are preferably oxides or nitrides of the above metal elements. Since such an inorganic substance has high stability against oxygen and water vapor in the atmosphere, it is possible to obtain the inorganic structure 1 having excellent chemical stability and reliability.
  • the inorganic substance constituting the inorganic particles 2 is an oxide.
  • the oxide of the metal element is preferably a compound in which only oxygen is bonded to the metal element.
  • a specific example of the inorganic substance forming the inorganic particles 2 is aluminum oxide.
  • a specific example of the inorganic particles 2 is alumina particles. Since aluminum oxide has high acid resistance and alkali resistance, it is possible to obtain the inorganic structure 1 having high durability even under acidic or alkaline conditions.
  • the inorganic particles 2 are composed of a simple metal oxide or a composite metal oxide. It is preferable that the simple metal oxide contains one type of metal element and the composite metal oxide contains two or more types of metal elements. When the inorganic particles 2 contain a simple metal oxide or a composite metal oxide of the above metal element, the obtained inorganic structure 1 becomes a ceramic that is stable and excellent in various properties.
  • the inorganic particles 2 preferably contain a simple metal oxide or a composite metal oxide as a main component. Specifically, the inorganic particles 2 preferably contain 80 mol % or more of the simple metal oxide or the composite metal oxide, more preferably 90 mol % or more, and even more preferably 95 mol % or more.
  • Each of the plurality of inorganic particles 2 is preferably crystalline. That is, the inorganic particles 2 preferably contain the inorganic substance described above and the inorganic substance is crystalline. By including a crystalline inorganic substance in the inorganic particles 2, it is possible to obtain an inorganic structural body 1 with higher durability than in the case of including an amorphous inorganic substance.
  • the inorganic particles 2 may be single-crystal particles or polycrystalline particles.
  • the average particle diameter of the plurality of inorganic particles 2 is 1 ⁇ m or more. When the average particle diameter of the inorganic particles 2 is within this range, the inorganic particles 2 are strongly bonded to each other, and the strength of the inorganic structure 1 can be increased. In addition, since the average particle diameter of the inorganic particles 2 is within this range, the ratio of pores existing inside the inorganic structure 1 is 20% or less, as described later, so that the strength of the inorganic structure 1 can be increased.
  • the average particle size of the inorganic particles 2 is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the average particle size of the plurality of inorganic particles 2 is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less, even more preferably 25 ⁇ m or less, and particularly preferably 20 ⁇ m or less.
  • the value of "average particle size” is measured using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), and several to several tens of fields of view. A value calculated as an average value of the particle diameters of the particles observed inside is adopted.
  • the shape of the inorganic particles 2 is not particularly limited, but can be spherical, for example.
  • the inorganic particles 2 may be whisker-like (needle-like) particles or scale-like particles.
  • the whisker-like particles or scale-like particles have higher contact with other particles and contact with the bonding portion 3 than spherical particles, so that the strength of the inorganic structure 1 as a whole can be increased.
  • the bonding portion 3 bonds each of the plurality of inorganic particles 2 .
  • Adjacent inorganic particles 2 are bonded via bonding portions 3, whereby the inorganic particles 2 are three-dimensionally bonded to each other, so that a bulk body with high mechanical strength can be obtained.
  • the joint portion 3 is in direct contact with the inorganic particles 2 .
  • the bonding portion 3 covers at least part of the surface of each of the plurality of inorganic particles 2 .
  • the bonding portion 3 preferably covers the entire surface of each of the plurality of inorganic particles 2 .
  • the joint portion 3 contains a plurality of fine particles 4 with an average particle diameter of 100 nm or less. Since the joint portion 3 contains such a plurality of fine particles 4, the structure becomes dense, and the strength of the inorganic structural body 1 can be increased.
  • the average particle diameter of the fine particles 4 may be 80 nm or less, 50 nm or less, or 30 nm or less. Further, the average particle diameter of the fine particles 4 may be 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more.
  • the average particle size of the plurality of fine particles 4 can be measured using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), as described above.
  • the fine particles 4 may contain at least one oxide selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, and composite oxides of aluminum and titanium. Since these oxides have high acid resistance and alkali resistance, the inorganic structure 1 having high durability even under acidic or alkaline conditions can be obtained.
  • the oxide contained in the fine particles 4 may be a crystalline compound or an amorphous compound. From the viewpoint of suppressing the occurrence of cracks originating from the voids between the inorganic particles 2 and the bonding portions 3, the fine particles 4 preferably contain aluminum oxide.
  • Each of the plurality of fine particles 4 is preferably crystalline. That is, the fine particles 4 preferably contain the inorganic substance described above and are crystalline particles. Since the inorganic particles 2 are crystalline particles, it is possible to obtain the inorganic structural body 1 with higher durability than in the case of amorphous particles.
  • the fine particles 4 may be single-crystal particles or polycrystalline particles.
  • the fine particles 4 may contain crystals of at least one of ⁇ -alumina and ⁇ -alumina. Further, the fine particles 4 may contain crystals of at least one of rutile-type titanium dioxide and anatase-type titanium dioxide.
  • the joint 3 contains an amorphous compound containing at least one of aluminum and titanium, oxygen, and one or more metal elements.
  • the metal element contained in the joint portion 3 is a metal element other than aluminum and titanium, and is, for example, at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals, transition metals, base metals and semimetals.
  • the metal element contained in the joint 3 may be zirconium.
  • each of the plurality of fine particles 4 and the joint portion 3 contain the same metal element.
  • the joint 3 preferably contains an amorphous compound containing aluminum.
  • the joint portion 3 preferably contains an amorphous compound containing titanium.
  • the joint 3 preferably contains an amorphous compound containing aluminum and titanium.
  • the joint portion 3 does not substantially contain alkali metal elements, B, V, Te, P, Bi, Pb and Zn. Moreover, it is preferable that the joint portion 3 does not substantially contain Ca, Sr, and Ba.
  • the phrase "the joint portion does not substantially contain alkali metal elements B, V, Te, P, Bi, Pb and Zn" means that the joint portion 3 is intentionally free of alkali metal elements B, V, , Te, P, Bi, Pb and Zn.
  • the joint portion contains alkali metal elements, B, V, Te, P, Bi, Pb and Zn.
  • the phrase "the bond substantially does not contain Ca, Sr, and Ba” means that the bond 3 does not intentionally contain Ca, Sr, and Ba. . Therefore, when Ca, Sr and Ba are mixed into the joint portion 3 as unavoidable impurities, the condition that "the joint portion does not substantially contain Ca, Sr and Ba" is satisfied.
  • the volume ratio of the plurality of inorganic particles 2 is 30% or more.
  • the obtained inorganic structural body 1 becomes a structure in which the characteristics of the inorganic particles 2 are easily utilized. Specifically, when the inorganic particles 2 contain an inorganic compound with low thermal conductivity, the thermal insulation of the inorganic structure 1 as a whole can be improved. Conversely, when the inorganic particles 2 contain an inorganic compound with high thermal conductivity, the thermal conductivity of the inorganic structure 1 as a whole can be improved.
  • the volume ratio of the inorganic particles 2 is preferably larger than the volume ratio of the joints 3 . Moreover, in the inorganic structure 1, the volume ratio of the plurality of inorganic particles 2 is more preferably 50% or more.
  • Pores may be present in at least one location inside the bonding portion 3 and between the bonding portion 3 and the inorganic particles 2 .
  • the cross section of the inorganic structure 1 preferably has a porosity of 20% or less. That is, when observing the cross section of the inorganic structure 1, the average value of the ratio of pores per unit area is preferably 20% or less. When the porosity is 20% or less, the proportion of the inorganic particles 2 bonded to each other by the bonding portions 3 increases, so the inorganic structural body 1 becomes denser and stronger. Therefore, it is possible to improve the machinability of the inorganic structure 1 .
  • the inorganic structure 1 is prevented from cracking starting from the pores, so that the bending strength of the inorganic structure 1 can be increased.
  • the cross-sectional porosity of the inorganic structure 1 is preferably 10% or less, more preferably 8% or less, and even more preferably 5% or less. The smaller the porosity in the cross section of the inorganic structure 1 is, the more the cracks starting from the pores are suppressed, so the strength of the inorganic structure 1 can be increased.
  • the porosity can be obtained as follows. First, the cross section of the inorganic structure 1 is observed to identify the inorganic particles 2, the joints 3, and the pores. Then, the unit area and the area of pores in the unit area are measured, the ratio of pores per unit area is obtained, and the obtained value is taken as the porosity. It is more preferable to determine the ratio of pores per unit area at a plurality of locations on the cross section of the inorganic structure 1, and then use the average value of the ratios of pores per unit area as the porosity. When observing the cross section of the inorganic structure 1, an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), or a transmission electron microscope (TEM) can be used. Also, the unit area and the area of pores in the unit area may be measured by binarizing the image observed with a microscope.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the size of the pores present inside the inorganic structure 1 is not particularly limited, it is preferably as small as possible.
  • the small size of the pores suppresses cracks originating from the pores, so that the strength of the inorganic structure 1 can be increased and the machinability of the inorganic structure 1 can be improved.
  • the pore size of the inorganic structure 1 is preferably 5 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or less, and even more preferably 100 nm or less.
  • the size of the pores present inside the inorganic structure 1 can be determined by observing the cross section of the inorganic structure 1 with a microscope, similarly to the porosity described above.
  • the inorganic structure 1 only needs to have a structure in which the inorganic particles 2 are bonded to each other via the bonding portions 3 . Therefore, the shape of the inorganic structure 1 is not limited as long as it has such a structure.
  • the shape of the inorganic structure 1 can be plate-like, film-like, rectangular, block-like, rod-like, or spherical, for example.
  • its thickness is not particularly limited, but can be, for example, 100 ⁇ m or more.
  • the inorganic structure 1 of the present embodiment is formed by a pressure heating method as described later. Therefore, the inorganic structure 1 having a large thickness can be easily obtained.
  • the thickness of the inorganic structure 1 can be 500 ⁇ m or more, can be 1 mm or more, or can be 1 cm or more. Although the upper limit of the thickness of the inorganic structure 1 is not particularly limited, it can be set to 50 cm, for example.
  • the inorganic structure 1 the plurality of inorganic particles 2 are bonded to each other at the bonding portion 3 , so they are not bonded with an organic binder containing an organic compound, and are not bonded with an inorganic binder other than the bonding portion 3 . Therefore, the inorganic structure 1 becomes a structure that retains the properties of the inorganic particles 2 and the bonding portions 3 . For example, when the inorganic particles 2 and the joints 3 contain an inorganic material having high thermal conductivity, the resulting inorganic structure 1 also has excellent thermal conductivity. Further, when the inorganic particles 2 and the bonding portions 3 contain an inorganic material having high electrical insulation, the resulting inorganic structure 1 also has excellent electrical insulation.
  • the inorganic structure 1 of the present embodiment includes a plurality of inorganic particles 2 and the bonding portion 3 that covers the surface of each of the plurality of inorganic particles 2 and bonds each of the plurality of inorganic particles 2 .
  • the joint portion 3 contains an amorphous compound containing at least one of aluminum and titanium, oxygen, and one or more metal elements, and a plurality of fine particles 4 having an average particle size of 100 nm or less.
  • the average particle diameter of the plurality of inorganic particles 2 is 1 ⁇ m or more.
  • the volume ratio of the plurality of inorganic particles 2 is 30% or more.
  • a plurality of inorganic particles 2 are bonded via highly dense bonding portions 3 . Therefore, it is possible to obtain the inorganic structure 1 having excellent denseness and mechanical strength.
  • the inorganic structure 1 of the present embodiment can be a structure in which only the inorganic particles 2 are bonded via the bonding portions 3, as shown in FIG.
  • the inorganic structural body 1 can be obtained by pressing while heating to 50 to 300° C., so a member with low heat resistance can be added to the inorganic structural body 1 .
  • the inorganic structure 1 may contain organic matter and resin particles in addition to the inorganic particles 2 and the bonding portions 3 .
  • the inorganic structure 1 is not limited to a member having low heat resistance such as an organic substance, and the inorganic structure 1 may contain particles containing an inorganic compound other than the inorganic particles 2 and the bonding portions 3 .
  • the method for manufacturing the inorganic structure 1 includes a step of obtaining a mixture by mixing a plurality of inorganic particles 11, a plurality of fine particles 12, and an aqueous solution 13 containing a metal element; and applying pressure and heat.
  • the powder of the inorganic particles 11, the powder of the fine particles 12, and the aqueous solution 13 containing the metal element are mixed to prepare a mixture.
  • the inorganic particles 11 may be made of the same inorganic substance as the inorganic particles 2 described above.
  • the average particle size of the plurality of inorganic particles 11 can be the same average particle size as that of the plurality of inorganic particles 2 described above, and is 1 ⁇ m or more.
  • the volume ratio of the plurality of inorganic particles 11 in the mixture is 30% or more, preferably 50% or more.
  • the fine particles 12 contain at least one oxide selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, and composite oxides of aluminum and titanium.
  • the average particle diameter of the plurality of fine particles can employ the same average particle diameter as the fine particles 4 described above, and is 100 nm or less.
  • the fine particles 12 contain at least one selected from the group consisting of aluminum oxide particles, titanium oxide particles, and composite oxide particles of aluminum and titanium.
  • Alumina particles are particles containing aluminum oxide.
  • Titania particles are particles containing titanium oxide.
  • Composite oxide particles of aluminum and titanium are particles containing a composite oxide of aluminum and titanium.
  • the fine particles 12 are preferably fume-like particles. That is, the aluminum oxide particles are preferably fumed alumina. Fumed alumina is a particle produced by combustion hydrolysis of aluminum trichloride. Also, the titanium oxide particles are preferably fumed titania. Fumed titania is a particle produced by combustion hydrolysis of titanium tetrachloride. Further, the composite oxide particles of aluminum and titanium are preferably fumed aluminum-titanium composite oxide. Fumed aluminum-titanium composite oxides are particles produced by combustion hydrolysis of aluminum trichloride and titanium tetrachloride. The fume-like particles form bulky secondary particles by aggregation and agglomeration of primary particles.
  • the fume-like particles have an average primary particle size of, for example, about 5 nm to 50 nm. Therefore, the fume-like particles have high reactivity with the aqueous solution 13, and can easily form an amorphous compound containing at least one of aluminum and titanium, oxygen, and a metal element.
  • the aqueous solution 13 containing metal elements is an aqueous solution containing metal elements that can be contained in the joint 3 as ions.
  • the metal element contained in the aqueous solution 13 is preferably at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals, transition metals, base metals and semimetals as described above.
  • the solvent for dissolving the metal element is preferably pure water or ion-exchanged water. In addition to water, the solvent may contain an acidic substance or an alkaline substance, or may contain an organic solvent (for example, alcohol).
  • the inorganic structure 1 in which the bonding portion 3 includes an amorphous compound containing aluminum, oxygen, and zirconium aluminum oxide particles are used as the fine particles 12, and an aqueous solution of zirconium oxyacetate is used as the aqueous solution 13. be able to. Further, when the inorganic structure 1 in which the bonding portion 3 includes an amorphous compound containing titanium, oxygen, and zirconium is manufactured, titanium oxide particles can be used as the fine particles 12, and an aqueous solution of zirconium oxyacetate can be used as the aqueous solution 13. .
  • the inorganic structural body 1 containing an amorphous compound containing aluminum, titanium, oxygen, and zirconium is manufactured in the joint portion 3
  • composite oxide particles of aluminum and titanium are used as the fine particles 12, and oxy
  • An aqueous zirconium acetate solution can be used.
  • aluminum oxide particles and titanium oxide particles are used as the fine particles 12, and zirconium oxyacetate is used as the aqueous solution 13.
  • Aqueous solutions can be used.
  • a mixture of inorganic particles 11, fine particles 12, and an aqueous solution 13 is filled inside the mold .
  • the mold 14 is heated as necessary.
  • the inside of the mold 14 becomes in a high pressure state.
  • the fine particles 12 are highly reactive, the fine particles 12 and the aqueous solution 13 react with each other.
  • the inorganic structure 1 in which the plurality of inorganic particles 2 are bonded to each other through the bonding portions 3 can be obtained.
  • the conditions for heating and pressurizing the mixture obtained by mixing the inorganic particles 11, the fine particles 12, and the aqueous solution 13 are not particularly limited as long as the conditions allow the reaction between the fine particles 12 and the aqueous solution 13 to proceed.
  • the temperature at which the mixture is heated is more preferably 80 to 250°C, more preferably 100 to 200°C.
  • the pressure when pressurizing the mixture is more preferably 50 to 600 MPa, further preferably 200 to 600 MPa.
  • the pressurization time is preferably 1 minute to 360 minutes, more preferably 10 minutes to 240 minutes.
  • the bonding portion 3 containing an amorphous compound containing at least one of aluminum and titanium, oxygen, and one or more metal elements is formed. It is formed.
  • the bonding portion 3 covers the surface of each of the plurality of inorganic particles 2 and bonds each of the plurality of inorganic particles 2 .
  • Some of the fine particles 12 do not react with the aqueous solution 13 and remain as fine particles 4 . Therefore, the joint portion 3 contains a plurality of fine particles having an average particle diameter of 100 nm or less.
  • the obtained bonding portion 3 has a dense structure, and the inorganic particles 11 can be strongly bonded to each other.
  • a method of forming an aggregate of inorganic particles a method of pressing only powder of inorganic particles to form a green compact and then sintering it at a high temperature (for example, 1700° C. or higher) is also conceivable.
  • a high temperature for example, 1700° C. or higher
  • the powder compact of inorganic particles is sintered at a high temperature, the resulting structure has many pores and is insufficient in mechanical strength.
  • precise temperature control is required, which increases the manufacturing cost.
  • the mixture obtained by mixing the inorganic particles 11, the fine particles 12, and the aqueous solution 13 is heated and pressurized, so that a dense and strong structure can be obtained. Obtainable.
  • the product can be obtained by applying pressure while heating at 50 to 300° C., which eliminates the need for precise temperature control, making it possible to reduce production costs.
  • the method for manufacturing the inorganic structure 1 of the present embodiment includes a step of obtaining a mixture by mixing a plurality of inorganic particles 11, a plurality of fine particles 12, and an aqueous solution 13 containing a metal element.
  • the production method further includes a step of pressurizing and heating the mixture under conditions of a pressure of 10 to 600 MPa and a temperature of 50 to 300°C.
  • the average particle diameter of the plurality of inorganic particles 11 is 1 ⁇ m or more.
  • the plurality of fine particles 12 contain at least one oxide selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, and composite oxides of aluminum and titanium, and have an average particle diameter of 100 nm or less.
  • the volume ratio of the plurality of inorganic particles 11 in the mixture is 30% or more. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the inorganic structure 1 with high density can be manufactured by a simple method.
  • the inorganic structure 1 can have a plate-like shape with a large thickness, and is dense, so that it is excellent in chemical stability.
  • the inorganic structure 1 has high mechanical strength and can be cut like a general ceramic member, and can also be surface-processed. Therefore, the inorganic structure 1 can be suitably used as a building member.
  • the construction member is not particularly limited, examples thereof include exterior wall materials (siding) and roof materials. Moreover, materials for roads and materials for outer grooves can also be mentioned as construction members.
  • the inorganic structure 1 can also be suitably used as a member for electronic devices.
  • members for electronic devices include structural materials, heat-resistant members, insulating members, heat-dissipating members, heat-insulating members, sealing materials, circuit boards, and optical members.
  • Example 1 powder of primary alumina particles (advanced alumina AA-18 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) having an average particle diameter of about 20 ⁇ m was prepared. Also, a powder of secondary alumina particles (fumed alumina, AEROXIDE (registered trademark) Alu C manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having an average particle diameter of about 15 nm was prepared. Next, 0.2 g of the first alumina powder and 0.2 g of the second alumina powder were mixed with acetone using an agate mortar and an agate pestle to obtain a mixed powder. In addition, in the said mixed powder, the volume ratio (vol%) of the 1st alumina powder and the 2nd alumina powder was 50:50.
  • zirconium oxyacetate powder (ZrO(CH 3 COO) 2 , manufactured by Mitsuwa Kagaku Co., Ltd.) was dissolved in 6 ml of deionized water to obtain a 40% zirconium oxyacetate aqueous solution.
  • the entire amount of the mixed powder was put into a cylindrical molding die ( ⁇ 10) having an internal space. Furthermore, 100 ⁇ l of an aqueous zirconium oxyacetate solution was added to the inside of the molding die and mixed with a plastic spatula.
  • the mixed powder containing the zirconium oxyacetate aqueous solution was heated and pressurized under conditions of 200°C, 400 MPa, and 60 minutes. In this way, a cylindrical test sample of this example was obtained.
  • the second alumina powder containing the zirconium oxyacetate aqueous solution was heated and pressurized under conditions of 200°C, 400 MPa, and 60 minutes to obtain a test sample containing no first alumina particles.
  • test sample was prepared in the same manner as in Reference Example 1, except that the mixed powder containing the aqueous zirconium oxyacetate solution was heated and pressurized under conditions of 200° C., 400 MPa, and 240 minutes.
  • FIG. 3 shows an SEM image of the test sample of Example 1 magnified 500 times.
  • FIG. 4 shows an SEM image of the test sample of Example 1 magnified 2000 times.
  • FIG. 5 shows an SEM image of the second alumina powder magnified 2000 times.
  • FIG. 6 shows an SEM image of the second alumina powder magnified 10,000 times.
  • FIG. 7 shows an SEM image of the test sample of Reference Example 1 magnified 2000 times.
  • FIG. 8 shows an SEM image of the test sample of Reference Example 1 magnified 10000 times.
  • FIG. 9 shows the EDX spectrum of the portion of the test sample of Example 1 where particles are present.
  • FIG. 10 shows the EDX spectrum of the part binding the particles in the test sample of Example 1.
  • FIG. 11 shows the results of the mapping analysis on the test samples of Example 1.
  • the part where the particles exist contains aluminum (Al) and oxygen (O), so it is derived from the first alumina particles (inorganic particles 2) of the raw material. was confirmed.
  • the portion (bonding portion 3) where the particles are bonded contains aluminum (Al), zirconium (Zr) and oxygen (O), and Al, Zr and O are uniformly dispersed. This suggests the presence of an Al--Zr--O compound produced by the reaction between the raw material secondary alumina particles (fine particles 4) and the aqueous zirconium oxyacetate solution.
  • a trace amount of carbon (C) is present in the joint 3, it is considered that this is an organic residue derived from the starting zirconium oxyacetate aqueous solution.
  • FIG. 12 shows the XRD pattern of the second alumina powder (fumed alumina) as a raw material, the XRD pattern of the test sample of Reference Example 2, and the XRD patterns of ⁇ -alumina and ⁇ -alumina registered with ICSD.
  • the joint portion 3 contains crystals of ⁇ -alumina and ⁇ -alumina derived from the secondary alumina particles as the raw material, and at least part of the secondary alumina particles do not react and the average particle diameter is 100 nm or less. is thought to remain as the fine particles 4.
  • test sample of Reference Example 1 with a pressurization time of 60 minutes was also measured, and an XRD pattern similar to that of the test sample of Reference Example 2 with a pressurization time of 240 minutes was obtained. From this, it is considered that even if the pressurization time is increased from 60 minutes to 240 minutes, the crystal phase does not change significantly and the fine particles 4 remain.
  • the test sample of Reference Example 2 does not contain the first alumina powder, the first alumina powder contains aluminum oxide like the second alumina powder. Similar XRD patterns are expected to be obtained. Therefore, it is considered that the joint portion 3 of the test sample of Example 1 contains the amorphous compound containing Zr and the fine particles 4 .
  • the joint 3 contained aluminum, oxygen and zirconium. From the results of the crystal structure analysis, no peak derived from zirconium was found in the XRD pattern of the test sample of Reference Example 2. From these results, it is considered that the joint 3 contains an amorphous compound containing aluminum, oxygen and zirconium.
  • test sample of Example 1 had gaps between the inorganic particles 2 and the bonding portion 3, and cracks originating from these gaps were observed.
  • the test sample of Example 1 does not have many pores that are seen in conventional green compacts obtained by pressing only powder of inorganic particles, and has a dense structure with few macropores. was confirmed.
  • the porosity was 4.3%.
  • the porosity was calculated in the same manner as above for two locations different from those in FIG. As a result, the average porosity of the three locations was 3.2%, which is a very small porosity value.
  • Example 2 powder of primary alumina particles (advanced alumina AA-18 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) having an average particle diameter of about 20 ⁇ m was prepared. A second titania particle powder (fumed titania, AEROXIDE (registered trademark) TiO 2 P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having an average particle diameter of about 20 nm was also prepared. Next, 0.197 g of the first alumina powder and 0.203 g of the titania powder were mixed with acetone using an agate mortar and an agate pestle to obtain a mixed powder. In the mixed powder, the volume ratio (vol%) of the first alumina powder and the titania powder was 50:50.
  • AEROXIDE registered trademark
  • TiO 2 P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
  • zirconium oxyacetate powder (ZrO(CH 3 COO) 2 , manufactured by Mitsuwa Kagaku Co., Ltd.) was dissolved in 6 ml of deionized water to obtain a 40% zirconium oxyacetate aqueous solution.
  • the entire amount of the mixed powder was put into a cylindrical molding die ( ⁇ 10) having an internal space. Furthermore, 150 ⁇ l of an aqueous zirconium oxyacetate solution was added to the inside of the molding die and mixed with a plastic spatula.
  • the mixed powder containing the zirconium oxyacetate aqueous solution was heated and pressurized under conditions of 200°C, 400 MPa, and 30 minutes. In this way, a cylindrical test sample of this example was obtained.
  • the titania powder containing the zirconium oxyacetate aqueous solution was heated and pressurized under conditions of 200°C, 400 MPa, and 30 minutes to obtain a test sample containing no primary alumina particles.
  • FIG. 19 shows an SEM image of the test sample of Example 2 magnified 500 times.
  • FIG. 20 shows an SEM image of the test sample of Example 2 magnified 2000 times.
  • FIG. 21 shows an SEM image of the titania powder magnified 2000 times.
  • FIG. 22 shows an SEM image of the titania powder magnified 10,000 times.
  • FIG. 23 shows an SEM image of the test sample of Reference Example 3 magnified 2000 times.
  • FIG. 24 shows an SEM image of the test sample of Reference Example 3 magnified 10000 times.
  • the bonding portion 3 covers the surface of each of the first alumina particles (a plurality of inorganic particles 2) and bonds each of the first alumina particles. It is understood that
  • FIG. 25 shows the EDX spectrum of the portion of the test sample of Example 2 where particles are present.
  • FIG. 26 shows the EDX spectrum of the particle binding portion in the test sample of Example 2.
  • FIG. 27 shows the results of the mapping analysis on the test samples of Example 2.
  • the part where the particles are present contains aluminum (Al) and oxygen (O), so it is derived from the first alumina particles (inorganic particles 2) of the raw material. was confirmed. Further, from the EDX spectrum of FIG. 26 and the mapping analysis results of FIG. and O are uniformly dispersed. This suggests the presence of a Ti--Zr--O compound produced by the reaction between the raw material second titania particles (fine particles 4) and the aqueous zirconium oxyacetate solution. Although a small amount of C is present in the joint 3, it is considered that this is an organic residue derived from the starting zirconium oxyacetate aqueous solution.
  • FIG. 28 shows the XRD pattern of the raw material titania powder (fumed titania), the XRD pattern of the test sample of Reference Example 3, and the XRD patterns of rutile-type TiO 2 and anatase-type TiO 2 registered with ICSD.
  • the joint portion 3 contains crystals of rutile-type TiO 2 and anatase-type TiO 2 derived from the second titania particles, which are the raw materials, and at least a part of the second titania particles does not react and the average particle It is considered that they remain as fine particles 4 having a diameter of 100 nm or less.
  • test sample of Example 2 does not have many pores that can be seen in conventional green compacts obtained by pressing only powder of inorganic particles, and has a dense structure with few macropores. I was able to confirm that.
  • test sample of Example 2 did not have as many cracks originating from the voids between the inorganic particles 2 and the bonding portion 3 as observed in the test sample of Example 1.
  • the porosity was 1.1%.
  • the porosity was calculated in the same manner as described above for two locations different from those shown in FIG. As a result, the average porosity of the three locations was 1.7%, which is a very small porosity value.
  • Example 1 fumed alumina was used as the fine particles 4, and in Example 2, fumed titania was used as the fine particles 4 to fabricate the inorganic structure 1.
  • fumed aluminum-titanium composite oxide is used as the fine particles 4, it is considered that the inorganic structure 1 similar to fumed alumina and fumed titania can be obtained.
  • an inorganic structure that can be produced by a simple method and has a high density, and a method for producing the inorganic structure.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

無機構造体（１）は、複数の無機粒子（２）と、複数の無機粒子（２）の各々の表面を覆い、複数の無機粒子（２）の各々を結合する結合部（３）とを備える。結合部（３）は、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と一種以上の金属元素とを含む非晶質化合物と、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子（４）とを含有する。複数の無機粒子（２）の平均粒子径は１μｍ以上であり、複数の無機粒子（２）の体積割合は３０％以上である。

Description

無機構造体及びその製造方法
　本発明は、無機構造体及びその製造方法に関する。
　セラミックスからなる無機構造体の製造方法として、焼結法が知られている。焼結法は、無機物質からなる固体粉末の集合体を融点よりも低い温度で加熱することにより、焼結体を得る方法である。
　特許文献１では、ＷＯ３、ＴｉＯ２又はこれらの固溶体からなり、光触媒特性を有する結晶を含有したガラス粉粒体が開示されており、さらに当該ガラス粉粒体を焼結することにより、任意の形状を有する固化成形物が得られることが開示されている。そして、このような固化成形物は、優れた光触媒特性を有する光触媒機能性素材として有用であることが記載されている。
特開２０１１－４６６０２号公報
　しかしながら、焼結法は、固体粉末を高温で加熱する必要があることから、製造時のエネルギー消費が大きく、コストが掛かるという問題がある。また、低温条件下で固体粉末のみを単に圧粉しただけでは、固体粉末同士が十分に結合しないことから、得られる成形体には多くの気孔が存在し、機械的強度が不十分となるという問題がある。
　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、簡易な方法で作製することが可能であり、さらに高い緻密性を有する無機構造体、及び当該無機構造体の製造方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る無機構造体は、複数の無機粒子と、複数の無機粒子の各々の表面を覆い、複数の無機粒子の各々を結合する結合部とを備える。結合部は、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と一種以上の金属元素とを含む非晶質化合物と、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子とを含有する。複数の無機粒子の平均粒子径は１μｍ以上であり、複数の無機粒子の体積割合は３０％以上である。
　本発明の第二の態様に係る無機構造体の製造方法は、平均粒子径が１μｍ以上の複数の無機粒子と、酸化アルミニウム、酸化チタン、及びアルミニウムとチタンとの複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の酸化物を含み、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子と、金属元素を含む水溶液とを混合することにより、混合物を得る工程を含む。上記方法は、混合物を、圧力が１０～６００ＭＰａであり、かつ、温度が５０～３００℃である条件下で加圧及び加熱する工程を含む。混合物における複数の無機粒子の体積割合は３０％以上である。
図１は、本実施形態に係る無機構造体の一例を概略的に示す断面図である。 図２は、本実施形態に係る無機構造体の製造方法を説明するための概略断面図である。 図３は、実施例１の試験サンプルを５００倍に拡大した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。 図４は、実施例１の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図５は、第２アルミナ粉末を２０００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図６は、第２アルミナ粉末を１００００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図７は、参考例１の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図８は、参考例１の試験サンプルを１００００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図９は、実施例１の試験サンプルにおける粒子が存在する部分のＥＤＸスペクトルである。 図１０は、実施例１の試験サンプルにおける粒子を結合している部分のＥＤＸスペクトルである。 図１１は、実施例１の試験サンプルにおけるマッピング分析の結果を示す図である。 図１２は、原料である第２アルミナ粉末（フュームドアルミナ）のＸＲＤパターン、参考例２の試験サンプルのＸＲＤパターン、並びにＩＣＳＤに登録されたγアルミナ及びηアルミナのＸＲＤパターンである。 図１３は、クロスセクションポリッシャー加工を施して２０００倍に拡大した実施例１の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図１４は、クロスセクションポリッシャー加工を施して５０００倍に拡大した実施例１の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図１５は、クロスセクションポリッシャー加工を施して１００００倍に拡大した実施例１の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図１６は、クロスセクションポリッシャー加工を施して５００００倍に拡大した実施例１の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図１７は、クロスセクションポリッシャー加工を施して２０００倍に拡大した実施例１の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図１８は、図１７のＳＥＭ像を二値化した画像である。 図１９は、実施例２の試験サンプルを５００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図２０は、実施例２の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図２１は、チタニア粉末を２０００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図２２は、チタニア粉末を１００００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図２３は、参考例３の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図２４は、参考例３の試験サンプルを１００００倍に拡大したＳＥＭ像である。 図２５は、実施例２の試験サンプルにおける粒子が存在する部分のＥＤＸスペクトルである。 図２６は、実施例２の試験サンプルにおける粒子を結合している部分のＥＤＸスペクトルである。 図２７は、実施例２の試験サンプルにおけるマッピング分析の結果を示す図である。 図２８は、原料であるチタニア粉末（フュームドチタニア）のＸＲＤパターン、参考例３の試験サンプルのＸＲＤパターン、並びにＩＣＳＤに登録されたルチル型ＴｉＯ２及びアナターゼ型ＴｉＯ２のＸＲＤパターンである。 図２９は、クロスセクションポリッシャー加工を施して２０００倍に拡大した実施例２の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図３０は、クロスセクションポリッシャー加工を施して５０００倍に拡大した実施例２の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図３１は、クロスセクションポリッシャー加工を施して１００００倍に拡大した実施例２の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図３２は、クロスセクションポリッシャー加工を施して５００００倍に拡大した実施例２の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図３３は、クロスセクションポリッシャー加工を施して２０００倍に拡大した実施例２の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像である。 図３４は、図３３のＳＥＭ像を二値化した画像である。
　以下、図面を用いて本実施形態に係る無機構造体、及び当該無機構造体の製造方法について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。
［無機構造体］
　本実施形態の無機構造体１は、図１に示すように、複数の無機粒子２と、結合部３とを備えている。そして、隣接する無機粒子２が結合部３を介して互いに結合することにより、複数の無機粒子２が集合してなる無機構造体１を形成している。
　無機粒子２は無機物質で構成されており、当該無機物質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有している。本明細書において、アルカリ土類金属は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムに加えて、ベリリウム及びマグネシウムを包含する。遷移金属は、例えば、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、タングステン、白金、金を包含する。卑金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、カドミウム、インジウム、すず、水銀、タリウム、鉛、ビスマス及びポロニウムを包含する。半金属は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン及びテルルを包含する。この中でも、無機物質は、アルミニウムを含有することが好ましい。上記のような金属元素を含有する無機粒子２は、後述するように、加圧加熱法により、結合部３を介して結合することが容易である。
　無機粒子２を構成する無機物質は、例えば、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、酸化水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。なお、上述の金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物に加え、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩及びホウ酸塩を包含していてもよい。また、無機粒子２を構成する無機物質は、上記金属元素を含む複合アニオン化合物であってもよい。複合アニオン化合物は、単一化合物中に複数のアニオンを含む物質であり、例として酸フッ化物、酸塩化物、酸窒化物を挙げることができる。なお、無機粒子２を構成する無機物質は、上記金属元素の酸化物又は窒化物であることが好ましい。このような無機物質は、大気中の酸素及び水蒸気に対する安定性が高いことから、化学的安定性及び信頼性に優れる無機構造体１を得ることができる。
　無機粒子２を構成する無機物質は、酸化物であることが特に好ましい。無機物質が上記金属元素の酸化物を含むことにより、フッ化物及び窒化物と比べて、より耐久性の高い無機構造体１を得ることができる。なお、金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物であることが好ましい。無機粒子２を構成する無機物質の具体例としては、酸化アルミニウムを挙げることができる。また、無機粒子２の具体例としては、アルミナ粒子を挙げることができる。酸化アルミニウムは耐酸性及び耐アルカリ性が高いため、酸性条件下又はアルカリ性条件下でも高い耐久性を有する無機構造体１を得ることができる。
　無機粒子２は単純金属酸化物又は複合金属酸化物からなり、単純金属酸化物に含まれる金属元素は一種であり、複合金属酸化物に含まれる金属元素は二種以上であることが好ましい。無機粒子２が、上記金属元素の単純金属酸化物又は複合金属酸化物を含むことにより、得られる無機構造体１は、安定かつ各種特性に優れたセラミックスとなる。なお、無機粒子２は、単純金属酸化物又は複合金属酸化物を主成分として含有することが好ましい。具体的には、無機粒子２は、単純金属酸化物又は複合金属酸化物を８０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、９０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましく、９５ｍｏｌ％以上含有することがさらに好ましい。
　複数の無機粒子２の各々は、結晶質であることが好ましい。すなわち、無機粒子２は、上述の無機物質を含み、当該無機物質が結晶質であることが好ましい。無機粒子２が結晶質の無機物質を含むことにより、非晶質の無機物質を含む場合と比べて、耐久性の高い無機構造体１を得ることができる。なお、無機粒子２は単結晶の粒子であってもよく、多結晶の粒子であってもよい。
　複数の無機粒子２の平均粒子径は、１μｍ以上である。無機粒子２の平均粒子径がこの範囲内であることにより、無機粒子２同士が強固に結合し、無機構造体１の強度を高めることができる。また、無機粒子２の平均粒子径がこの範囲内であることにより、後述するように、無機構造体１の内部に存在する気孔の割合が２０％以下となることから、無機構造体１の強度を高めることが可能となる。無機粒子２の平均粒子径は、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。また、複数の無機粒子２の平均粒子径は、５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、２５μｍ以下であることがさらに好ましく、２０μｍ以下であることが特に好ましい。なお、本明細書において、「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数～数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用する。
　無機粒子２の形状は特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、無機粒子２は、ウィスカー状（針状）の粒子、又は鱗片状の粒子であってもよい。ウィスカー状粒子又は鱗片状粒子は、球状粒子と比べて他の粒子との接触性及び結合部３との接触性が高まるため、無機構造体１全体の強度を高めることが可能となる。
　結合部３は、複数の無機粒子２の各々を結合している。隣接する無機粒子２が結合部３を介して結合することにより、無機粒子２同士が三次元的に結合するため、機械的強度の高いバルク体を得ることができる。結合部３は、無機粒子２と直接接触していることが好ましい。また、結合部３は、複数の無機粒子２の各々の表面の少なくとも一部を覆っている。結合部３は、複数の無機粒子２の各々の表面全体を覆っていることが好ましい。これにより、無機粒子２と結合部３が強固に結合することから、緻密性及び機械的強度に優れた無機構造体１を得ることができる。
　結合部３は、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子４を含有している。結合部３がこのような複数の微粒子４を含んでいることにより、緻密な構造となるため、無機構造体１の強度を高めることが可能となる。なお、微粒子４の平均粒子径は、８０ｎｍ以下であってもよく、５０ｎｍ以下であってもよく、３０ｎｍ以下であってもよい。また、微粒子４の平均粒子径は、１ｎｍ以上であってもよく、５ｎｍ以上であってもよく、１０ｎｍ以上であってもよい。複数の微粒子４の平均粒子径は、上述したように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定することができる。
　微粒子４は、酸化アルミニウム、酸化チタン、及びアルミニウムとチタンとの複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の酸化物を含んでいてもよい。これらの酸化物は耐酸性及び耐アルカリ性が高いため、酸性条件下又はアルカリ性条件下でも高い耐久性を有する無機構造体１を得ることができる。微粒子４に含まれる酸化物は、結晶質化合物であってもよく、非晶質化合物であってもよい。なお、無機粒子２と結合部３との間の空隙を起点とするクラックの発生を抑制する観点から、微粒子４は酸化アルミニウムを含むことが好ましい。
　複数の微粒子４の各々は、結晶質であることが好ましい。すなわち、微粒子４は、上述の無機物質を含み、さらに結晶質の粒子であることが好ましい。無機粒子２が結晶質の粒子であることにより、非晶質の粒子の場合と比べて、耐久性の高い無機構造体１を得ることができる。なお、微粒子４は単結晶の粒子であってもよく、多結晶の粒子であってもよい。微粒子４はγアルミナ及びηアルミナの少なくともいずれか一方の結晶を含んでいてもよい。また、微粒子４はルチル型二酸化チタン及びアナターゼ型二酸化チタンの少なくともいずれか一方の結晶を含んでいてもよい。
　結合部３は、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と一種以上の金属元素とを含む非晶質化合物を含有している。結合部３に含まれる金属元素は、アルミニウム及びチタン以外の金属元素であり、例えば、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つである。結合部３に含まれる金属元素は、ジルコニウムであってもよい。
　複数の微粒子４の各々と結合部３とは同じ金属元素を含むことが好ましい。例えば、微粒子４がアルミニウムを含む場合、結合部３はアルミニウムを含む非晶質化合物を含有することが好ましい。また、微粒子４がチタンを含む場合、結合部３はチタンを含む非晶質化合物を含有することが好ましい。微粒子４がアルミニウムとチタンとを含む場合、結合部３はアルミニウムとチタンとを含む非晶質化合物を含有することが好ましい。
　結合部３は、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｖ、Ｔｅ、Ｐ、Ｂｉ、Ｐｂ及びＺｎを実質的に含まないことが好ましい。また、結合部３は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａを実質的に含まないことが好ましい。本明細書において、「結合部は、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｖ、Ｔｅ、Ｐ、Ｂｉ、Ｐｂ及びＺｎを実質的に含まない」とは、結合部３に故意にアルカリ金属元素、Ｂ、Ｖ、Ｔｅ、Ｐ、Ｂｉ、Ｐｂ及びＺｎを含有させたものではないことを意味する。そのため、結合部３にアルカリ金属元素、Ｂ、Ｖ、Ｔｅ、Ｐ、Ｂｉ、Ｐｂ及びＺｎが不可避不純物として混入した場合は、「結合部は、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｖ、Ｔｅ、Ｐ、Ｂｉ、Ｐｂ及びＺｎを実質的に含まない」という条件を満たす。同様に、本明細書において、「結合部は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａを実質的に含まない」とは、結合部３に故意にＣａ、Ｓｒ及びＢａを含有させたものではないことを意味する。そのため、結合部３にＣａ、Ｓｒ及びＢａが不可避不純物として混入した場合は、「結合部は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａを実質的に含まない」という条件を満たす。
　無機構造体１において、複数の無機粒子２の体積割合は３０％以上である。この場合、得られる無機構造体１は、無機粒子２の特性を活用しやすい構造体となる。具体的には、無機粒子２が熱伝導率の低い無機化合物を含む場合、無機構造体１全体の断熱性を向上させることができる。逆に、無機粒子２が熱伝導率の高い無機化合物を含む場合、無機構造体１全体の熱伝導性を向上させることができる。無機粒子２の体積割合は結合部３の体積割合よりも大きいことが好ましい。また、無機構造体１において、複数の無機粒子２の体積割合は５０％以上であることがより好ましい。
　結合部３の内部及び結合部３と無機粒子２との間の少なくとも一箇所には、気孔が存在していてもよい。無機構造体１の断面における気孔率は２０％以下であることが好ましい。すなわち、無機構造体１の断面を観察した場合、単位面積あたりの気孔の割合の平均値が２０％以下であることが好ましい。気孔率が２０％以下の場合、無機粒子２同士が結合部３によって結合する割合が増加するため、無機構造体１が緻密になり、強度が高まる。そのため、無機構造体１の機械加工性を向上させることが可能となる。また、気孔率が２０％以下の場合には、気孔を起点として、無機構造体１にひび割れが発生することが抑制されるため、無機構造体１の曲げ強さを高めることが可能となる。なお、無機構造体１の断面における気孔率は１０％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましく、５％以下であることがさらに好ましい。無機構造体１の断面における気孔率が小さいほど、気孔を起点としたひび割れが抑制されるため、無機構造体１の強度を高めることが可能となる。
　本明細書において、気孔率は次のように求めることができる。まず、無機構造体１の断面を観察し、無機粒子２、結合部３及び気孔を判別する。そして、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積とを測定し、単位面積あたりの気孔の割合を求め、その値を気孔率とする。なお、無機構造体１の断面に対し、単位面積あたりの気孔の割合を複数箇所で求めた後、単位面積あたりの気孔の割合の平均値を気孔率とすることがより好ましい。無機構造体１の断面を観察する際には、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いることができる。また、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積は、顕微鏡で観察した画像を二値化することにより測定してもよい。
　無機構造体１の内部に存在する気孔の大きさは特に限定されないが、可能な限り小さい方が好ましい。気孔の大きさが小さいことにより、気孔を起点としたひび割れが抑制されるため、無機構造体１の強度を高め、無機構造体１の機械加工性を向上させることが可能となる。なお、無機構造体１の気孔の大きさは、５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。無機構造体１の内部に存在する気孔の大きさは、上述の気孔率と同様に、無機構造体１の断面を顕微鏡で観察することにより、求めることができる。
　無機構造体１は、無機粒子２同士が結合部３を介して互いに結合する構造を有していればよい。そのため、無機構造体１はこのような構造を有していれば、その形状は限定されない。無機構造体１の形状は、例えば板状、膜状、矩形状、塊状、棒状、球状とすることができる。また、無機構造体１が板状又は膜状の場合、その厚みは特に限定されないが、例えば１００μｍ以上とすることができる。本実施形態の無機構造体１は、後述するように、加圧加熱法により形成される。そのため、厚みの大きな無機構造体１を容易に得ることができる。なお、無機構造体１の厚みは５００μｍ以上とすることができ、１ｍｍ以上とすることができ、１ｃｍ以上とすることもできる。無機構造体１の厚みの上限は特に限定されないが、例えば５０ｃｍとすることができる。
　無機構造体１において、複数の無機粒子２は互いに結合部３で結合しているため、有機化合物を含む有機バインダーで結合しておらず、さらに結合部３以外の無機バインダーでも結合していない。そのため、無機構造体１は、無機粒子２及び結合部３の特性を保持した構造体となる。例えば、無機粒子２及び結合部３が高い熱伝導性を有する無機材料を含む場合、得られる無機構造体１も熱伝導性に優れた構造体となる。また、無機粒子２及び結合部３が高い電気絶縁性を有する無機材料を含む場合、得られる無機構造体１も電気絶縁性に優れた構造体となる。
　このように、本実施形態の無機構造体１は、複数の無機粒子２と、複数の無機粒子２の各々の表面を覆い、複数の無機粒子２の各々を結合する結合部３とを備える。結合部３は、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と一種以上の金属元素とを含む非晶質化合物と、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子４と、を含有する。複数の無機粒子２の平均粒子径は１μｍ以上である。複数の無機粒子２の体積割合は３０％以上である。無機構造体１は、複数の無機粒子２が、緻密性の高い結合部３を介して結合している。そのため、緻密性及び機械的強度に優れた無機構造体１を得ることができる。
　なお、本実施形態の無機構造体１は、図１に示すように、無機粒子２のみが結合部３を介して結合してなる構造体とすることができる。しかしながら、後述するように、無機構造体１は５０～３００℃に加熱しながら加圧することにより得ることができるため、無機構造体１に耐熱性の低い部材を添加することができる。具体的には、無機構造体１は、無機粒子２及び結合部３に加えて、有機物や樹脂粒子が含まれていてもよい。また、有機物等の耐熱性の低い部材に限定されず、無機構造体１は、無機粒子２及び結合部３以外の無機化合物を含む粒子が含まれていてもよい。
［無機構造体の製造方法］
　次に、無機構造体１の製造方法について説明する。図２に示すように、無機構造体１の製造方法は、複数の無機粒子１１と、複数の微粒子１２と、金属元素を含む水溶液１３とを混合することにより混合物を得る工程と、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを含んでいる。
　具体的には、まず、無機粒子１１の粉末と、微粒子１２の粉末と、金属元素を含む水溶液１３とを混合して混合物を調製する。無機粒子１１は、上述した無機粒子２と同様の無機物質により構成されていてもよい。複数の無機粒子１１の平均粒子径は、上述した複数の無機粒子２と同様の平均粒子径を採用することができ、１μｍ以上である。また、混合物における複数の無機粒子１１の体積割合は３０％以上であり、５０％以上であることが好ましい。
　微粒子１２は、酸化アルミニウム、酸化チタン、及びアルミニウムとチタンとの複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の酸化物を含む。複数の微粒子の平均粒子径は、上述した微粒子４と同様の平均粒子径を採用することができ、１００ｎｍ以下である。具体的には、微粒子１２は、酸化アルミニウム粒子、酸化チタン粒子、及びアルミニウムとチタンとの複合酸化物粒子からなる群より選択される少なくとも一種を含む。アルミナ粒子は酸化アルミニウムを含む粒子である。チタニア粒子は酸化チタンを含む粒子である。アルミニウムとチタンとの複合酸化物粒子はアルミニウムとチタンとの複合酸化物を含む粒子である。
　微粒子１２はフューム状粒子であることが好ましい。すなわち、酸化アルミニウム粒子はフュームドアルミナであることが好ましい。フュームドアルミナは、三塩化アルミニウムの燃焼加水分解によって製造される粒子である。また、酸化チタン粒子はフュームドチタニアであることが好ましい。フュームドチタニアは、四塩化チタンの燃焼加水分解によって製造される粒子である。また、アルミニウムとチタンとの複合酸化物粒子は、フュームドアルミニウム－チタン複合酸化物であることが好ましい。フュームドアルミニウム－チタン複合酸化物は、三塩化アルミニウム及び四塩化チタンの燃焼加水分解によって製造される粒子である。フューム状粒子は、一次粒子が凝集及び集塊することにより、嵩高い二次粒子を形成している。フューム状粒子は、一次粒子の平均粒子径が例えば５ｎｍ～５０ｎｍ程度である。そのため、フューム状粒子は、水溶液１３との反応性が高く、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と金属元素とを含む非晶質化合物を容易に形成することができる。
　金属元素を含む水溶液１３は、結合部３に含まれ得る金属元素をイオンとして含む水溶液である。水溶液１３に含まれる金属元素は、上述したようなアルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。なお、金属元素を溶解する溶媒は、純水又はイオン交換水であることが好ましい。なお、溶媒は、水以外に、酸性物質又はアルカリ性物質が含まれていてもよく、有機溶媒（例えばアルコールなど）が含まれていてもよい。
　具体的には、結合部３がアルミニウムと酸素とジルコニウムとを含む非晶質化合物を含む無機構造体１を作製する場合、微粒子１２として酸化アルミニウム粒子を用い、水溶液１３としてオキシ酢酸ジルコニウム水溶液を用いることができる。また、結合部３がチタンと酸素とジルコニウムとを含む非晶質化合物を含む無機構造体１を作製する場合、微粒子１２として酸化チタン粒子を用い、水溶液１３としてオキシ酢酸ジルコニウム水溶液を用いることができる。また、結合部３がアルミニウムとチタンと酸素とジルコニウムとを含む非晶質化合物を含む無機構造体１を作製する場合、微粒子１２としてアルミニウムとチタンとの複合酸化物粒子を用い、水溶液１３としてオキシ酢酸ジルコニウム水溶液を用いることができる。また、結合部３がアルミニウムとチタンと酸素とジルコニウムとを含む非晶質化合物を含む無機構造体１を作製する場合、微粒子１２として酸化アルミニウム粒子及び酸化チタン粒子を用い、水溶液１３としてオキシ酢酸ジルコニウム水溶液を用いることができる。
　次いで、図２に示すように、無機粒子１１と微粒子１２と水溶液１３とを混合してなる混合物を、金型１４の内部に充填する。当該混合物を金型１４に充填した後、必要に応じて金型１４を加熱する。そして、金型１４の内部の混合物に圧力を加えることにより、金型１４の内部が高圧状態となる。この際、微粒子１２の反応性が高いことから、微粒子１２と水溶液１３とが反応する。そして、金型１４の内部から成形体を取り出すことにより、複数の無機粒子２同士が、結合部３を介して結合した無機構造体１を得ることができる。
　無機粒子１１と微粒子１２と水溶液１３とを混合してなる混合物の加熱加圧条件は、微粒子１２と水溶液１３との反応が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、上記混合物を５０～３００℃に加熱しつつ、１０～６００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。なお、上記混合物を加熱する際の温度は、８０～２５０℃であることがより好ましく、１００～２００℃であることがさらに好ましい。また、上記混合物を加圧する際の圧力は、５０～６００ＭＰａであることがより好ましく、２００～６００ＭＰａであることがさらに好ましい。加圧時間は１分～３６０分であることが好ましく、１０分～２４０分であることがより好ましい。
　上述の加熱加圧工程により、微粒子１２の一部が水溶液１３と反応し、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と一種以上の金属元素とを含む非晶質化合物を含有する結合部３が形成される。そして、結合部３は、複数の無機粒子２の各々の表面を覆い、複数の無機粒子２の各々を結合する。また、微粒子１２の一部は、水溶液１３と反応せず、微粒子４として残存する。そのため、結合部３は、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子を含有している。
　また、微粒子１２の平均粒子径はナノレベルであることから、無機粒子１１の間に隙間無く充填される。そのため、得られる結合部３は緻密な構造となり、無機粒子１１同士を強固に結合することができる。
　ここで、無機粒子の凝集体を形成する方法として、無機粒子の粉末のみをプレスする方法が考えられる。しかし、無機粒子の粉末を金型に投入し、常温で加圧したとしても、無機粒子の粒子同士は互いに反応し難く、当該粒子同士を強固に結合させることは困難である。そのため、得られる圧粉体には多くの気孔が存在し、機械的強度が不十分となる。
　また、無機粒子の凝集体を形成する方法として、無機粒子の粉末のみをプレスして圧粉体を形成した後、高温（例えば１７００℃以上）で焼結する方法も考えられる。しかしながら、無機粒子の圧粉体を高温で焼結しても、得られる構造体には多くの気孔が存在し、機械的強度が不十分となる。また、無機粒子を高温で焼結する場合、緻密な温度制御が必要となるため、製造コストが増加してしまう。
　これに対して、本実施形態の製造方法では、無機粒子１１と、微粒子１２と、水溶液１３とを混合してなる混合物を加熱しながら加圧しているため、緻密かつ強度に優れた構造体を得ることができる。さらに、本実施形態の製造方法は、５０～３００℃で加熱しながら加圧することにより得ることができるため、緻密な温度制御が不要となり、製造コストを低減することが可能となる。
　このように、本実施形態の無機構造体１の製造方法は、複数の無機粒子１１と、複数の微粒子１２と、金属元素を含む水溶液１３とを混合することにより、混合物を得る工程を含む。当該製造方法は、さらに、当該混合物を、圧力が１０～６００ＭＰａであり、かつ、温度が５０～３００℃である条件下で加圧及び加熱する工程を含む。複数の無機粒子１１の平均粒子径は１μｍ以上である。複数の微粒子１２は、酸化アルミニウム、酸化チタン、及びアルミニウムとチタンとの複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の酸化物を含み、平均粒子径が１００ｎｍ以下である。混合物における複数の無機粒子１１の体積割合は３０％以上である。そのため、本実施形態の製造方法は、緻密性が高い無機構造体１を、簡易な方法で作製することができる。
［無機構造体を備える部材］
　次に、無機構造体１を備える部材について説明する。無機構造体１は、上述のように、厚みの大きな板状とすることができ、さらに緻密であるため化学的安定性にも優れている。また、無機構造体１は、機械的強度が高く、一般的なセラミックス部材と同様に切断することができると共に、表面加工することもできる。そのため、無機構造体１は、建築部材として好適に用いることができる。建築部材としては特に限定されないが、例えば、外壁材（サイディング）、屋根材などを挙げることができる。また、建築部材としては、道路用材料、外溝用材料も挙げることができる。
　無機構造体１は、電子機器向けの部材としても好適に用いることができる。電子機器向けの部材としては、例えば構造材、耐熱部材、絶縁部材、放熱部材、断熱部材、封止材、回路基板、光学部材などを挙げることができる。
　以下、本実施形態を実施例及び参考例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
［試験サンプルの調製］
　（実施例１）
　まず、平均粒子径が約２０μｍの第１アルミナ粒子の粉末（住友化学株式会社製のアドバンストアルミナＡＡ－１８）を準備した。また、平均粒子径が約１５ｎｍの第２アルミナ粒子の粉末（フュームドアルミナ、日本アエロジル株式会社製ＡＥＲＯＸＩＤＥ（登録商標）Ａｌｕ　Ｃ）を準備した。次いで、上記第１アルミナ粉末０．２ｇと上記第２アルミナ粉末０．２ｇとを、メノウ乳鉢とメノウ乳棒を用い、アセトンを加えて混合することにより、混合粉末を得た。なお、当該混合粉末において、第１アルミナ粉末と第２アルミナ粉末の体積比率（ｖｏｌ％）は、５０：５０であった。
　また、オキシ酢酸ジルコニウム粉末（ＺｒＯ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、三津和化学株式会社製）４ｇをイオン交換水６ｍｌに溶解させることにより、４０％オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を得た。
　次に、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に、混合粉末全量を投入した。さらに、成形用金型の内部にオキシ酢酸ジルコニウム水溶液１００μｌを添加し、プラスチック製のスパチュラで混合した。
　そして、当該オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を含んだ混合粉末を、２００℃、４００ＭＰａ、６０分の条件で加熱及び加圧した。このようにして、円柱状である本例の試験サンプルを得た。
　（参考例１）
　まず、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に、実施例１と同じ第２アルミナ粉末０．３ｇを投入した。さらに、成形用金型の内部に、実施例１で調製したオキシ酢酸ジルコニウム水溶液３００μｌを添加し、プラスチック製のスパチュラで混合した。
　そして、当該オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を含んだ第２アルミナ粉末を、２００℃、４００ＭＰａ、６０分の条件で加熱及び加圧することにより、第１アルミナ粒子を含まない試験サンプルを得た。
　（参考例２）
　オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を含んだ混合粉末を、２００℃、４００ＭＰａ、２４０分の条件で加熱及び加圧した以外は、参考例１と同様にして試験サンプルを作製した。
［試験サンプルの評価］
　上記のようにして作製した試験サンプルについて、構造観察、元素分析、結晶構造解析、気孔の観察、気孔率の測定を行った。
　（構造観察）
　実施例１で作製した円柱状の試験サンプルを割断した断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。なお、試験サンプルの観察面には、金のスパッタリングを施した。図３では、実施例１の試験サンプルを５００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図４では、実施例１の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。また、参考までに、図５では、第２アルミナ粉末を２０００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図６では、第２アルミナ粉末を１００００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図７では、参考例１の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図８では、参考例１の試験サンプルを１００００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。
　図７及び図８に示す参考例１の試験サンプルでは、図５及び図６で示す第２アルミナ粉末に由来する微粒子４が互いに結合した様子が見られる。このことから、図３及び図４に示す実施例１の試験サンプルでは、結合部３が第１アルミナ粒子（複数の無機粒子２）の各々の表面を覆い、第１アルミナ粒子の各々を結合していることが分かる。
　（元素分析）
　実施例１で作製した円柱状の試験サンプルを割断した断面を、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて観察した。図９では、実施例１の試験サンプルにおける粒子が存在する部分のＥＤＸスペクトルを示す。図１０では、実施例１の試験サンプルにおける粒子を結合している部分のＥＤＸスペクトルを示す。図１１では、実施例１の試験サンプルにおけるマッピング分析の結果を示す。
　図９のＥＤＸスペクトル及び図１１のマッピング分析の結果より、粒子が存在する部分はアルミニウム（Ａｌ）及び酸素（Ｏ）を含むことから、原料の第１アルミナ粒子（無機粒子２）に由来することが確認できた。また、図１０のＥＤＸスペクトル及び図１１のマッピング分析の結果より、粒子を結合している部分（結合部３）はアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及び酸素（Ｏ）を含み、Ａｌ、Ｚｒ及びＯが均一に分散している。このことから、原料の第２アルミナ粒子（微粒子４）とオキシ酢酸ジルコニウム水溶液が反応して生成されたＡｌ－Ｚｒ－Ｏ系化合物が存在していることが示唆される。なお、結合部３に微量の炭素（Ｃ）が存在しているが、これは原料のオキシ酢酸ジルコニウム水溶液に由来する有機残渣であると考えられる。
　（結晶構造解析）
　粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置を用いて、参考例２の試験サンプルを粉砕した粉末を測定してＸＲＤパターンを取得した。図１２では、原料である第２アルミナ粉末（フュームドアルミナ）のＸＲＤパターン、参考例２の試験サンプルのＸＲＤパターン、並びにＩＣＳＤに登録されたγアルミナ及びηアルミナのＸＲＤパターンを示す。
　図１２に示すように、参考例２の試験サンプルのＸＲＤパターンには、原料である第２アルミナ粉末と同様のピークが確認された。これらのピークは、αアルミナ及びηアルミナのＸＲＤパターンに含まれるピークと一致する。これらの結果から、結合部３には、原料である第２アルミナ粒子に由来するαアルミナ及びηアルミナの結晶が含まれ、第２アルミナ粒子の少なくとも一部が反応しないで平均粒子径が１００ｎｍ以下の微粒子４として残存していると考えられる。
　なお、加圧時間が６０分である参考例１の試験サンプルについても測定したが、加圧時間が２４０分である参考例２の試験サンプルと同様のＸＲＤパターンが得られた。このことから、加圧時間を６０分から２４０分へと長くしても、結晶相は大きく変化せず、微粒子４は残存すると考えられる。
　また、参考例２の試験サンプルのＸＲＤパターンには、ジルコニウムに由来するピークが見られない。参考例２の試験サンプルには第１アルミナ粉末が含まれていないが、第１アルミナ粉末は第２アルミナ粉末と同様に酸化アルミニウムを含んでいるため、実施例１の試験サンプルも参考例２と同様のＸＲＤパターンが得られる予想される。したがって、実施例１の試験サンプルの結合部３は、Ｚｒを含む非晶質化合物と、微粒子４とを含有していると考えられる。
　上述した元素分析の結果から、結合部３はアルミニウムと酸素とジルコニウムとを含有していることが確認できた。そして、結晶構造解析の結果から、参考例２の試験サンプルのＸＲＤパターンにはジルコニウムに由来するピークが見られなかった。これらの結果から、結合部３はアルミニウムと酸素とジルコニウムとを含む非晶質化合物を含有していると考えられる。
　（気孔の観察）
　まず、円柱状である実施例１の試験サンプルの断面に、クロスセクションポリッシャー加工（ＣＰ加工）を施した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、試験サンプルの断面について、２０００倍、５０００倍、１００００倍及び５００００倍の倍率でＳＥＭ像を観察した。図１３、図１４、図１５及び図１６では、２０００倍、５０００倍、１００００倍及び５００００倍にそれぞれ拡大した実施例１の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像を示した。
　図１３～図１６のＳＥＭ像から、実施例１の試験サンプルには、無機粒子２と結合部３との間に空隙が存在し、この空隙を起点とするクラックが見られた。しかしながら、実施例１の試験サンプルは、無機粒子の粉末のみをプレスして得られる従来の圧粉体に見られるような多くの気孔は見られず、マクロポアの少ない緻密な構造をしていることが確認できた。
　（気孔率の測定）
　まず、円柱状である実施例１の試験サンプルの断面に、クロスセクションポリッシャー加工（ＣＰ加工）を施した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、試験サンプルの断面について、２０００倍の倍率でＳＥＭ像を観察した。試験サンプルの断面を観察することにより得られたＳＥＭ像を図１７に示す。次に、得られたＳＥＭ像について二値化することにより、気孔部分を明確にした。そして、二値化した画像から気孔部分の面積割合を算出して気孔率を得た。図１７のＳＥＭ像を二値化した画像を図１８に示す。なお、二値化した画像のうち黒色部分が気孔である。
　図１８の二値化した画像から気孔率を算出した結果、気孔率は４．３％であった。また、図１８とは異なる２つの場所について上記と同様に気孔率を算出した。この結果、３箇所の気孔率の平均値は３．２％であり、非常に小さい気孔率の値が得られた。
［試験サンプルの調製］
　（実施例２）
　まず、平均粒子径が約２０μｍの第１アルミナ粒子の粉末（住友化学株式会社製のアドバンストアルミナＡＡ－１８）を準備した。また、平均粒子径が約２０ｎｍの第２チタニア粒子の粉末（フュームドチタニア、日本アエロジル株式会社製ＡＥＲＯＸＩＤＥ（登録商標）ＴｉＯ２　Ｐ２５）を準備した。次いで、上記第１アルミナ粉末０．１９７ｇと上記チタニア粉末０．２０３ｇとを、メノウ乳鉢とメノウ乳棒を用い、アセトンを加えて混合することにより、混合粉末を得た。なお、当該混合粉末において、第１アルミナ粉末とチタニア粉末の体積比率（ｖｏｌ％）は、５０：５０であった。
　また、オキシ酢酸ジルコニウム粉末（ＺｒＯ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、三津和化学株式会社製）４ｇをイオン交換水６ｍｌに溶解させることにより、４０％オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を得た。
　次に、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に、混合粉末全量を投入した。さらに、成形用金型の内部にオキシ酢酸ジルコニウム水溶液１５０μｌを添加し、プラスチック製のスパチュラで混合した。
　そして、当該オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を含んだ混合粉末を、２００℃、４００ＭＰａ、３０分の条件で加熱及び加圧した。このようにして、円柱状である本例の試験サンプルを得た。
　（参考例３）
　まず、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に、実施例２と同じチタニア粉末０．３ｇを投入した。さらに、成形用金型の内部に、実施例２で調製したオキシ酢酸ジルコニウム水溶液１５０μｌを添加し、プラスチック製のスパチュラで混合した。
　そして、当該オキシ酢酸ジルコニウム水溶液を含んだチタニア粉末を、２００℃、４００ＭＰａ、３０分の条件で加熱及び加圧することにより、第１アルミナ粒子を含まない試験サンプルを得た。
［試験サンプルの評価］
　上記のようにして作製した試験サンプルについて、構造観察、元素分析、結晶構造解析、気孔の観察、気孔率の測定を行った。
　（構造観察）
　実施例２で作製した円柱状の試験サンプルを割断した断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。なお、試験サンプルの観察面には、金のスパッタリングを施した。図１９では、実施例２の試験サンプルを５００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図２０では、実施例２の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。また、参考までに、図２１では、チタニア粉末を２０００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図２２では、チタニア粉末を１００００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図２３では、参考例３の試験サンプルを２０００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。図２４では、参考例３の試験サンプルを１００００倍に拡大したＳＥＭ像を示した。
　図２３及び図２４に示す参考例３の試験サンプルでは、図２１及び図２２で示すチタニア粉末に由来する微粒子４が互いに結合した様子が見られる。このことから、図１９及び図２０に示す実施例２の試験サンプルでは、結合部３が第１アルミナ粒子（複数の無機粒子２）の各々の表面を覆い、第１アルミナ粒子の各々を結合していることが分かる。
　（元素分析）
　実施例２で作製した円柱状の試験サンプルを割断した断面を、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて観察した。図２５では、実施例２の試験サンプルにおける粒子が存在する部分のＥＤＸスペクトルを示す。図２６では、実施例２の試験サンプルにおける粒子を結合している部分のＥＤＸスペクトルを示す。図２７では、実施例２の試験サンプルにおけるマッピング分析の結果を示す。
　図２５のＥＤＸスペクトル及び図２７のマッピング分析の結果より、粒子が存在する部分はアルミニウム（Ａｌ）及び酸素（Ｏ）を含むことから、原料の第１アルミナ粒子（無機粒子２）に由来することが確認できた。また、図２６のＥＤＸスペクトル及び図２７のマッピング分析の結果より、粒子を結合している部分（結合部３）はチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及び酸素（Ｏ）を含み、Ｔｉ、Ｚｒ及びＯが均一に分散している。このことから、原料の第２チタニア粒子（微粒子４）とオキシ酢酸ジルコニウム水溶液が反応して生成されたＴｉ－Ｚｒ－Ｏ系化合物が存在していることが示唆される。なお、結合部３に微量のＣが存在しているが、これは原料のオキシ酢酸ジルコニウム水溶液に由来する有機残渣であると考えられる。
　（結晶構造解析）
　粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置を用いて、参考例３の試験サンプルを粉砕した粉末を測定してＸＲＤパターンを取得した。図２８では、原料であるチタニア粉末（フュームドチタニア）のＸＲＤパターン、参考例３の試験サンプルのＸＲＤパターン、並びにＩＣＳＤに登録されたルチル型ＴｉＯ２及びアナターゼ型ＴｉＯ２のＸＲＤパターンを示す。
　図２８に示すように、参考例３の試験サンプルのＸＲＤパターンには、原料であるチタニア粉末と同様のピークが確認された。これらのピークは、ルチル型ＴｉＯ２及びアナターゼ型ＴｉＯ２のＸＲＤパターンに含まれるピークと一致する。これらの結果から、結合部３には、原料である第２チタニア粒子に由来するルチル型ＴｉＯ２及びアナターゼ型ＴｉＯ２の結晶が含まれ、第２チタニア粒子の少なくとも一部が反応しないで平均粒子径が１００ｎｍ以下の微粒子４として残存していると考えられる。
　また、参考例３の試験サンプルのＸＲＤパターンには、ジルコニウムに由来するピークが見られない。また、上述した元素分析の結果から、結合部３にはアルミニウムがほとんど含まれていないことが確認できた。これらの結果から、結合部３はチタンと酸素とジルコニウムとを含む非晶質化合物を含有していると考えられる。
　（気孔の観察）
　まず、円柱状である実施例２の試験サンプルの断面に、クロスセクションポリッシャー加工（ＣＰ加工）を施した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、試験サンプルの断面について、２０００倍、５０００倍、１００００倍及び５００００倍の倍率でＳＥＭ像を観察した。図２９、図３０、図３１及び図３２では、２０００倍、５０００倍、１００００倍及び５００００倍にそれぞれ拡大した実施例２の試験サンプルにおける断面のＳＥＭ像を示した。
　図２９～図３２のＳＥＭ像から、実施例２の試験サンプルには、無機粒子２と結合部３との間に空隙が見られた。しかしながら、実施例２の試験サンプルには、無機粒子の粉末のみをプレスして得られる従来の圧粉体に見られるような多くの気孔は見られず、マクロポアの少ない緻密な構造をしていることが確認できた。また、実施例２の試験サンプルには、実施例１の試験サンプルで見られたような、無機粒子２と結合部３との間の空隙を起点とするクラックが少なかった。
　（気孔率の測定）
　まず、円柱状である実施例２の試験サンプルの断面に、クロスセクションポリッシャー加工（ＣＰ加工）を施した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、試験サンプルの断面について、２０００倍の倍率でＳＥＭ像を観察した。試験サンプルの断面を観察することにより得られたＳＥＭ像を図３３に示す。次に、得られたＳＥＭ像について二値化することにより、気孔部分を明確にした。図３３のＳＥＭ像を二値化した画像を図３４に示す。そして、二値化した画像から気孔部分の面積割合を算出して気孔率を得た。なお、二値化した画像のうち黒色部分が気孔である。
　図３４の二値化した画像から気孔率を算出した結果、気孔率は１．１％であった。また、図３４とは異なる２つの場所について上記と同様に気孔率を算出した。この結果、３箇所の気孔率の平均値は１．７％であり、非常に小さい気孔率の値が得られた。
　なお、実施例１では微粒子４としてフュームドアルミナを用い、実施例２では微粒子４としてフュームドチタニアを用いて無機構造体１を作製した。しかしながら、微粒子４としてフュームドアルミニウム－チタン複合酸化物を用いた場合であっても、フュームドアルミナ及びフュームドチタニアと同様の無機構造体１が得られると考えられる。
　特願２０２１－０２１６３９号（出願日：２０２１年２月１５日）の全内容は、ここに援用される。
　以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
　本開示によれば、簡易な方法で作製することが可能であり、さらに高い緻密性を有する無機構造体、及び当該無機構造体の製造方法を提供することができる。
　１　無機構造体
　２　無機粒子
　３　結合部
　４　微粒子
　１１　無機粒子
　１２　微粒子
　１３　金属元素を含む水溶液

Claims (9)

  1. 　複数の無機粒子と、
    　前記複数の無機粒子の各々の表面を覆い、前記複数の無機粒子の各々を結合する結合部と、
    　を備え、
    　前記結合部は、アルミニウム及びチタンの少なくともいずれか一方と酸素と一種以上の金属元素とを含む非晶質化合物と、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子とを含有し、
    　前記複数の無機粒子の平均粒子径は１μｍ以上であり、
    　前記複数の無機粒子の体積割合は３０％以上である、無機構造体。
  2. 　前記結合部は、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｖ、Ｔｅ、Ｐ、Ｂｉ、Ｐｂ及びＺｎを実質的に含まない、請求項１に記載の無機構造体。
  3. 　前記結合部は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａを実質的に含まない、請求項１又は２に記載の無機構造体。
  4. 　前記複数の微粒子の各々と前記結合部とは同じ金属元素を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の無機構造体。
  5. 　前記複数の無機粒子の体積割合が５０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の無機構造体。
  6. 　気孔率が２０％以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の無機構造体。
  7. 　前記複数の無機粒子の各々は結晶質である、請求項１から６のいずれか一項に記載の無機構造体。
  8. 　厚みが１００μｍ以上である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無機構造体。
  9. 　平均粒子径が１μｍ以上の複数の無機粒子と、酸化アルミニウム、酸化チタン、及びアルミニウムとチタンとの複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種の酸化物を含み、平均粒子径が１００ｎｍ以下の複数の微粒子と、金属元素を含む水溶液とを混合することにより、混合物を得る工程と、
    　前記混合物を、圧力が１０～６００ＭＰａであり、かつ、温度が５０～３００℃である条件下で加圧及び加熱する工程と、
    　を含み、
    　前記混合物における前記複数の無機粒子の体積割合は３０％以上である、無機構造体の製造方法。
PCT/JP2022/005031 2021-02-15 2022-02-09 無機構造体及びその製造方法 WO2022172940A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280013414.0A CN116917250A (zh) 2021-02-15 2022-02-09 无机结构体及其制造方法
US18/275,793 US20240116823A1 (en) 2021-02-15 2022-02-09 Inorganic structure and method for producing same
JP2022580647A JPWO2022172940A1 (ja) 2021-02-15 2022-02-09
EP22752763.7A EP4292993A1 (en) 2021-02-15 2022-02-09 Inorganic structure and method for producing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-021639 2021-02-15
JP2021021639 2021-02-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022172940A1 true WO2022172940A1 (ja) 2022-08-18

Family

ID=82837614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/005031 WO2022172940A1 (ja) 2021-02-15 2022-02-09 無機構造体及びその製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240116823A1 (ja)
EP (1) EP4292993A1 (ja)
JP (1) JPWO2022172940A1 (ja)
CN (1) CN116917250A (ja)
WO (1) WO2022172940A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005146315A (ja) * 2003-11-12 2005-06-09 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 磁心用粉末、圧粉磁心およびそれらの製造方法
KR20100021685A (ko) * 2008-08-18 2010-02-26 한국세라믹기술원 연삭휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠
JP2011046602A (ja) 2009-07-31 2011-03-10 Ohara Inc ガラス粉粒体及びこれを含有するスラリー状混合物
JP2012230948A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Toyota Central R&D Labs Inc 磁心用粉末、圧粉磁心およびその製造方法
WO2019009320A1 (ja) * 2017-07-05 2019-01-10 株式会社村田製作所 焼結体の製造方法、構造体および複合構造体
WO2020017526A1 (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材
JP2021021639A (ja) 2019-07-29 2021-02-18 パイオニア株式会社 情報処理装置、情報処理方法、プログラム、記録媒体及び検出システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005146315A (ja) * 2003-11-12 2005-06-09 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 磁心用粉末、圧粉磁心およびそれらの製造方法
KR20100021685A (ko) * 2008-08-18 2010-02-26 한국세라믹기술원 연삭휠용 비정질 결합재, 그 제조방법 및 상기 연삭휠용 비정질 결합재를 이용한 연삭휠
JP2011046602A (ja) 2009-07-31 2011-03-10 Ohara Inc ガラス粉粒体及びこれを含有するスラリー状混合物
JP2012230948A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Toyota Central R&D Labs Inc 磁心用粉末、圧粉磁心およびその製造方法
WO2019009320A1 (ja) * 2017-07-05 2019-01-10 株式会社村田製作所 焼結体の製造方法、構造体および複合構造体
WO2020017526A1 (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材
JP2021021639A (ja) 2019-07-29 2021-02-18 パイオニア株式会社 情報処理装置、情報処理方法、プログラム、記録媒体及び検出システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MURAKAMI, RYOKO; UENO, SHINTARO; FUJII, ICHIRO; WADA, SATOSHI: "6p-PB1-6 Low Temperature Preparation of BaTio3 Dense Ceramics by Solvothermal Solidification Method", 78TH JSAP AUTUMN MEETING, JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS; FUKUOKA, JAPAN; SEPTEMBER 5-8, 2017, vol. 78, 25 August 2017 (2017-08-25) - 8 September 2017 (2017-09-08), pages 08 - 090, XP009538998 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20240116823A1 (en) 2024-04-11
EP4292993A1 (en) 2023-12-20
JPWO2022172940A1 (ja) 2022-08-18
CN116917250A (zh) 2023-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130127560A (ko) 세라믹 물질의 열수 액상 소결 공정으로 생성된 조성물
JP5578504B2 (ja) ニオブ酸アルカリ金属塩粒子の製造方法、およびニオブ酸アルカリ金属塩粒子
Jean et al. Low‐Fire Processing of ZrO2–SnO2–TiO2 Ceramics
Rai et al. An overview on recent developments in the synthesis, characterization and properties of high dielectric constant calcium copper titanate nano-particles
WO2022172940A1 (ja) 無機構造体及びその製造方法
JP7289109B2 (ja) ベーマイト構造体及びその製造方法
JP6773381B2 (ja) 誘電体セラミックス粒子の製造方法および誘電体セラミックス
WO2021241194A1 (ja) 無機構造体及びその製造方法
WO2003076336A1 (fr) Oxyde composite au cerium, produit fritte utilisant cet oxyde, et procede d'elaboration correspondant
JP7432905B2 (ja) 無機構造体及びその製造方法
JP7496524B2 (ja) 無機構造体及びその製造方法
CN106518053A (zh) BaTiO3系无铅压电陶瓷的晶体定向用模板及其制备方法
WO2021241193A1 (ja) 無機構造体及びその製造方法
WO2023176461A1 (ja) 固化体の製造方法
Gan et al. Lead zirconate titanate–barium titanate by mechanical activation of mixed oxides
KR20220083940A (ko) 복합조성 페로브스카이트 금속 산화물 나노분말 제조 방법 및 이를 이용한 유전체 세라믹스
JP7496523B2 (ja) バリウム化合物構造体及びその製造方法
WO2023176453A1 (ja) 構造体及び構造体の製造方法
CN115667151B (zh) 钡化合物结构体及其制造方法
WO2022168281A1 (ja) 複合部材
WO2023068202A1 (ja) ベーマイト構造体及びその製造方法
JP7476729B2 (ja) セリウム系複合酸化物粒子およびその製造方法、ならびに燃料電池用の反応防止層
CN107324803A (zh) 一种共沉淀制备锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷材料的方法
JP2014088314A (ja) ニオブ酸アルカリ金属塩粒子の製造方法、およびニオブ酸アルカリ金属塩粒子
JP2021017441A (ja) Ｍｅ元素置換有機酸バリウムチタニル、その製造方法及びチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22752763

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022580647

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18275793

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280013414.0

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022752763

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022752763

Country of ref document: EP

Effective date: 20230915