JPH05201799A - ホウ酸アルミニウム系ウイスカーの製造方法 - Google Patents

ホウ酸アルミニウム系ウイスカーの製造方法

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JPH05201799A
JPH05201799A JP3562792A JP3562792A JPH05201799A JP H05201799 A JPH05201799 A JP H05201799A JP 3562792 A JP3562792 A JP 3562792A JP 3562792 A JP3562792 A JP 3562792A JP H05201799 A JPH05201799 A JP H05201799A
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JP
Japan
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whiskers
aluminum
bauxite
raw material
aluminum borate
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JP3562792A
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English (en)
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Toichi Takagi
東一 高城
Hiroshi Inomata
浩 猪又
Kazuhiro Aizawa
相沢一裕
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 天然原料のボーキサイトを用いることがで
き、人工原料を用いるよりもプロセスが簡単で生産性高
くホウ酸アルミニウム系ウイスカーを製造することがで
きる方法を提供する。 【構成】 ボーキサイト、ホウ素成分含有原料、溶融剤
及び硫酸の混合物を熱処理することを特徴とするホウ酸
アルミニウム系ウイスカーの製造方法である。この製造
方法によれば、簡単な工程で、しかもボーキサイト中に
含まれるアルミナ以外の成分が添加剤としての効果を果
たし、生産性よく、ホウ酸アルミニウム系ウイスカーを
製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はホウ酸アルミニウム系ウ
イスカーの製造方法に関する。本発明のウイスカーは機
械的強度、耐薬品性、断熱性、耐熱性、中性子吸収能及
び電気絶縁性に優れており、断熱材、耐熱材、耐食材の
他、特に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の有機材料やセ
メント、ガラス、各種セラミックス等の無機材料及びア
ルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の金
属材料の補強材として有用である。
【0002】
【従来技術】熱的、機械的に優れた性質を有するセラミ
ックス系のウイスカーは、大別して非酸化物系と酸化物
系とに分類される。非酸化物系は一般に融点が高く(19
00℃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
い用途が限定される。非酸化物系のウイスカーの例とし
ては炭化珪素、窒化珪素等が挙げられる。一方、酸化物
系には硫酸カルシウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸マ
グネシウム及びホウ酸アルミニウム(特開昭63-319298
及び特開昭63-319299)等がある。これら酸化物系のウ
イスカーは非酸化物系のウイスカーほど融点は高くない
(1000〜1600℃)ため耐熱性は劣るが、大気中で溶融剤
を用いるフラックス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特徴を持っている。酸化物系の
ウイスカーの中では、ホウ酸アルミニウムはアルミニウ
ムの強化材として使用した場合非酸化物系ウイスカーに
匹敵する機械的強度を示すことが明らかにされ注目され
ている(菅沼克昭:ニューセラミックス, No. 5, p63〜6
9 (1990))。
【0003】機械的強度、耐薬品性に優れているホウ酸
アルミニウムウイスカーの製造方法としては、気相法と
溶融剤を用いるフラックス法とに大別できる。気相法と
しては、1000〜1400℃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ことにより、4Al2O3・B
2O3の組成をもつウイスカーが得られることが知られて
いる(米国特許第3350166号)。
【0004】一方フラックス法としては、水酸化アルミ
ニウムと過剰の酸化ホウ素の混合物を1400℃熱処理する
ことにより、3Al2O3・B2O3 及び 9Al2O3・B2O3の組成のウ
イスカーを製造する方法(米国特許第3080242号)が知
られている。また、米国内務省鉱山局の報告によれば、
酸化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム及び塩化リチウ
ムの混合物を1200℃加熱することにより、2.5Al2O3・B2O
3の組成をもつウイスカーが得られ、また酸化アルミニ
ウム、四ホウ酸ナトリウム及び酸化ホウ素の混合物を14
00℃に加熱することにより、4.8Al2O3・B2O3の組成をも
つウイスカーが得られることが知られている(ビューロ
ー オブ マインズ レポート オブインヴェスティゲ
ーション"Bureau of Mines Report of Investigation 6
575" (1965))。
【0005】国内では、9Al2O3・2B2O3の組成を有するウ
イスカー及びその製造方法(特開昭63-319298)及び2Al
2O3・ B2O3の組成を有するウイスカー及びその製造方法
(特開昭63-319299)が知られている。さらにトリアル
カリアルミニウムトリサルフェートと無水ホウ酸成分含
有原料を混合し700〜1200℃で熱処理する方法(特開平2
-107600)、アルミニウム成分含有原料としての硫酸ア
ルミニウムと無水ホウ酸成分含有原料をアルカリ金属硫
酸塩及びアルカリ金属炭酸塩の存在下、1000〜1200℃で
熱処理する方法(特開平2-164797)、アルミニウム成分
含有原料としてアルミニウムの酸化物、水酸化物及びオ
キシ水酸化物のうち少なくとも一種及びアルミニウム硫
酸塩と、無水ホウ酸成分含有原料及びアルカリ金属硫酸
塩の混合物を900 〜1200℃で熱処理する方法(特開平2-
164798)、アルミニウム成分含有原料としてアルミニウ
ムの酸化物、水酸化物のうち少なくとも一種と、無水ホ
ウ酸成分含有原料と、アルカリ金属の硫酸塩及び塩化物
のうち少なくとも一種及び硫酸の混合物を900 〜1200℃
で熱処理する方法(特開平3-131600)などがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のフラックス法で
は、アルミニウム成分含有原料として酸化アルミニウ
ム、水酸化アルミニウム及び硫酸アルミニウムなどのア
ルミニウムの無機塩類などの人工原料が用いられている
が、ボーキサイトなどの天然原料を用いた製法は知られ
ていない。天然原料を用いることができればプロセスが
簡単となり安価に生産性の高い製造法を提供できる。本
発明は天然原料であるボーキサイトを利用すべくなされ
たものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ボ
ーキサイト、ホウ素成分含有原料、溶融剤及び硫酸の混
合物を熱処理することを特徴とするホウ酸アルミニウム
系ウイスカーの製造方法である。
【0008】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明で用いるボーキサイト中に含まれる主な元素は、A
l、Fe、Si、Tiであり、これらの元素の酸化物、含水酸
化物、水酸化物、炭酸塩などの化合物または混合物とし
て存在している。これらの元素の含有量は産地により異
なるが、Al2 O3として45〜90%、Fe2 O3として2 〜25
%、SiO2として5 〜20%、TiO2として2 〜5 %程度であ
る。
【0009】次に、ホウ素成分含有原料としては、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(H2B4O7)、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、四ホウ酸カリウム、メタホウ酸
ナトリウム及びホウ素のアルコキシド化合物、例えばホ
ウ素エトキシド(B(OC2H5)3)等の公知の塩類などを挙
げることができ、これらを単独で用いてもよいし、また
2種以上混合してもよい。
【0010】本発明に用いる溶融剤の例としては、アル
カリ金属の硫酸塩及び塩化物が好適である。具体的に
は、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩
化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム及びこれら
の水和物であり、これらを単独で用いてもよいし、また
2種以上混合してもよい。
【0011】ボーキサイトとホウ素成分含有原料及び溶
融剤の配合割合は、目的とするホウ酸アルミニウム系ウ
イスカーの組成によって異なる。例えば、ウイスカー中
のAl2O3とB2O3とのモル比が 2:1のウイスカーの場合
は、ボーキサイトとホウ素成分含有原料の混合割合は、
ボーキサイトに含まれるアルミニウムとホウ素のモル比
が 1:9〜6:4となるような範囲であることが好ましく、
溶融剤は、全重量の10〜95重量%の範囲が好ましい。ま
た、Al2O3とB2O3とのモル比が 9:2のウイスカーの場合
は、ボーキサイトとホウ素成分含有原料の混合割合は、
ボーキサイトに含まれるアルミニウムとホウ素のモル比
が 1:4〜9:1となるような範囲であることが好ましく、
溶融剤は、全重量の10〜95重量%の範囲が好ましい。
【0012】硫酸の添加量は、ボーキサイトに含まれる
アルミニウムと硫酸のモル比が1:1〜1:20となるような
範囲であることが好ましい。1:1 よりも硫酸の添加量が
少ないとウイスカー以外の粒子形状の生成物が生成しや
すく、また、1:20モル%を越えて添加してもその添加効
果は向上しないからである。
【0013】熱処理温度は目的とするホウ酸アルミニウ
ム系ウイスカーの組成によって異なる。例えば、2Al2O3
・ B2O3組成のウイスカーでは、温度 600℃〜1000℃が好
ましい。これは、温度が600 ℃未満では反応が不十分で
あり、また1000℃を越えると生成したウイスカー中のB2
O3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。9Al2O3・2B2O3組成のウイスカーでは、温度 900℃
〜1200℃が好ましい。これは、温度が900 ℃未満では2A
l2O3・ B2O3組成のウイスカーが優先的に生成したり、原
料が未反応のまま残ってしまうためであり、また1200℃
を越えると生成したウイスカー中のB2O3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。4.8Al2O3
B2O3や9Al2O3・ B2O3などのB2O3量の少ない組成のウイス
カーでは、1400℃程度の高温が好適である。
【0014】溶融剤を含む反応生成物からホウ酸アルミ
ニウム系ウイスカーを単離するには、1規定程度の熱塩
酸、熱硫酸、熱硝酸或いはこれらの混合物、熱苛性ソー
ダまたは熱水などを用いて、溶融剤その他水溶性物質を
除去したのち充分に水洗する。水不溶性の副生物がある
場合には、デカンテーション等の処理で残留物からウイ
スカーを分離したのち、充分に水洗すればよい。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。 [実施例1〜6]中国産ボーキサイト(酸化物換算の分
析結果を表1に示す)、ホウ素成分含有原料(オルトホ
ウ酸:H3BO3 )、溶融剤(硫酸カリウム:K2SO4 )及び
硫酸を表2に示す割合で各原料を秤量混合した。
【0016】
【表1】
【0017】ここで表2中のAlのモル比とは原料のボー
キサイト中に含まれるアルミニウムのモル量を金属 Al
換算で示したものである。また、このアルミニウムのモ
ル量と添加した硫酸のモル量の比をアルミニウム:硫酸
モル比として示した。
【0018】
【表2】
【0019】次にこの混合物をアルミナ坩堝中で空気中
1120℃で3 時間熱処理した。この反応生成物を冷却し、
塩酸を加えて煮沸し、溶融剤その他水溶性物質を除去し
たのち充分に水洗乾燥した。生成したウイスカーは何れ
も淡茶褐色であった。表2に得られたウイスカーの形状
及びエックス線回折による結晶構造解析の結果を示す。
結晶構造の欄で9A2Bは、Al18B4O33 ( 9Al2O3・2B2O3)結
晶構造を表す。また、ICP発光分光分析法(日本ジャ
ーレル・アッシュ社製ICAP-575) により原料のボーキサ
イト中に含まれているSiO2、Fe2O3,、及びTiO2につい
て、それらの存在量を分析した結果を表2に示した。
【0020】[比較例]実施例1において中国産ボーキ
サイトの代わりに硫酸アルミニウム[Al2(SO4)3] を用い
た以外、実施例1と同じ条件でウイスカーを得た。表2
のモル比のAl欄で示した値は硫酸アルミニウム中のAl成
分を金属換算で示したものである。得られたウイスカー
は表2に示すように形状が実施例1に比較して小さく、
成長していないことがわかった。これは中国産ボーキサ
イトを原料に用いることによりウイスカーの成長が促進
したことを示す。
【0021】
【発明の効果】本発明の方法によれば、天然原料のボー
キサイトを用いることができ、人工原料を用いるよりも
プロセスが簡単となり、生産性高くホウ酸アルミニウム
系ウイスカーを製造することがでる。さらに、ボーキサ
イト中のアルミニウム以外の成分がウイスカーの成長を
促進する効果を有するので、工業的製造方法として適し
ている。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボーキサイト、ホウ素成分含有原料、溶
    融剤及び硫酸の混合物を熱処理することを特徴とするホ
    ウ酸アルミニウム系ウイスカーの製造方法。
JP3562792A 1992-01-27 1992-01-27 ホウ酸アルミニウム系ウイスカーの製造方法 Pending JPH05201799A (ja)

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