JPH0649638B2 - ムライトウィスカーの製造方法 - Google Patents

ムライトウィスカーの製造方法

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JPH0649638B2
JPH0649638B2 JP2062530A JP6253090A JPH0649638B2 JP H0649638 B2 JPH0649638 B2 JP H0649638B2 JP 2062530 A JP2062530 A JP 2062530A JP 6253090 A JP6253090 A JP 6253090A JP H0649638 B2 JPH0649638 B2 JP H0649638B2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/005—Growth of whiskers or needles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、例えばウィスカー強化複合セラミックや重合
体のフィラーとして利用されるムライトウィスカーの製
造方法に関するものである。
【従来の技術】
ムライトは3A2O3・2SiO2(Al2O3/SiO2モル比=1.5)で
示されるケイ酸アルミニウムであるが、ジェイ・エス・
パスク(J.A.Pask)の研究論文(Ceramic International,9
(4),107〜113(1983))によるとAl2O3/SiO2(モル比)が
1.5ないし2.87の範囲でアルミナと固溶体を形成してい
る。 そして、このムライトは、従来より、科学工業磁器や耐
火物に利用されてきたが、近年は低熱膨張率、低誘電率
さらには機械的性質の高温における安定性や耐熱衝撃性
に優れていることから、アルミナを凌ぐ電子材料用セラ
ミックス(IC基板あるいはパッケージ)として、又、
炭化ケイ素を凌ぐ高温構造用セラミックス(高温用搬送
ローラ、焼成道具)として有望視されている。 ところが、ムライトセラミックスは破壊靱性に劣る問題
点がある。 このような問題点を解決する為の手段として、ムライト
セラミックス中に繊維状、ウィスカー状の補強材、例え
ば炭素繊維や炭化ケイ素ウィスカーを含有させる方法が
提案されている。又、アルミナウィスカーやムライトウ
ィスカーを含有させる方法も考えられている。 ムライトウィスカーの製造方法として、従来では、気相
反応法が提案されている。 又、特開平1−212299号公報に示されているよう
に、ムライト原料に1〜30原子%のAlF3を添加し、800
〜1600℃の温度で焼成して製造する方法も提案されてい
る。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の気相反応法においては、ムライトウィ
スカーの成長速度が遅く、時間がかかり、さらには原料
ガスが高価な為に製造コストが高くつくという欠点があ
る。 又、特開平1−212299号公報提案のAlF3を添加す
る方法では、AlF3が固体粒子である為、ムライト原料と
の均一な混合が出来にくく、ウィスカーが部分的にしか
得られないという欠点がある。さらには、得られたムラ
イトはAl2O3=73.7モル%でAl2O3に富み、ムライトの理
論組成(ムライトのAl2O3=60モル%)からかなりのズ
レが生じているという欠点もあった。 本発明の第1の目的は、粒子の固着がなく、高品質なム
ライトウィスカーを製造する方法を提供することであ
る。 本発明の第2の目的は、理論組成に近い高純度なムライ
トウィスカーを製造する方法を提供することである。 本発明の第3の目的は、ムライトウィスカーを安価に製
造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、ベーマイトゾルとシリカゾルとを
混合してムライト組成ゾルを調製するムライトゾル調製
工程と、前記ムライト組成ゾルにHFを添加してゲル化
するゲル化工程と、このゲル化工程で得たゲルを乾燥さ
せる乾燥工程と、この乾燥工程で得た乾燥物を焼成する
焼成工程とを含むことを特徴とするムライトウィスカー
の製造方法によって達成される。 尚、上記のムライトウィスカーの製造方法において、ム
ライト組成ゾルのAl2O3/SiO2(モル比)が1.37〜1.76
の範囲となるようベーマイトゾルとシリカゾルとが混合
されることが好ましく、又、HF/3Al2O3・2SiO2(モル
比)が0.01〜0.1となるようHFは添加されることが好
ましく、又、乾燥工程では120℃より低い温度で処理さ
れることが好ましく、又、焼成工程において、1000℃ま
では開放系で、1000℃から1200〜1600℃の焼成温度まで
は密閉系で焼成が行なわれることが好ましい。 ここで、ムライト組成ゾルのAl2O3/SiO2(モル比)が
1.37〜1.76のものが好ましいのは、1.37より小さな値で
あるとクリストバライト(SiO2)が析出する傾向にあり、
逆に、1.76より大きな値であると、コランダム(α-Al2
O3)が析出する傾向にあるからである。従って、高純度
なムライトウィスカーを製造するには、Al2O3/SiO
2(モル比)が1.37〜1.76であることが望ましいのであ
る。 ムライト組成ゾルの製造に際してはベーマイトゾルが用
いられることが好ましいものであり、このベーマイトゾ
ルは、ベーマイトの水中分散液を80℃以上に加熱しなが
ら硝酸、塩酸等の無機酸や酢酸、ギ酸等の有機酸を適量
加えて、解膠することによって得られる。又、スピネル
型欠陥構造をとり活性度の高いγ−アルミナを前記の酸
で解膠することによっても、ベーマイトゾルを得ること
が出来る。 又、シリカゾルとしては反応活性が高いコロイダルシリ
カ(シリカゾル)やシリカ微粒子を用いることができ
る。コロイダルシリカはシリカの超微粒子が水中に分散
しているコロイド溶液で、シリカ微粒子には、例えば湿
式法で製造されるホワイトカーボンや乾式法のヒューム
ドシリカがある。 又、HFが選ばれた理由は、HFが水溶液である為、ウ
ェットプロセスで均一な混合が可能となるからである。 そして、その添加量をHF/3Al2O3・2SiO2(モル比)で
0.01〜0.1とするのが好ましいのは、0.01より少なすぎ
ると添加効果がないからであり、又、0.1より多いとウ
ィスカー以外の固着粒子が生成する傾向があった為であ
る。 ゲルを120℃より低い温度で乾燥するのが好ましい理
由は、120℃より高い温度で乾燥するとHFが蒸発し
てしまい、反応[M−O−OH+HF→M−O−F+H
2O(MはAl、Si)]が充分でなくなり、ムライトウィ
スカーが得られにくくなるからである。 そして、上記のようにして生成したムライト組成のゲル
をボールミルや撹拌ミル等の粉砕装置でコンタミネーシ
ョンに留意しながら微粉砕することによって、高純度ム
ライト粉末が得られ、このようにして得たものを焼成す
る訳であるが、この焼成工程において、1000℃までは開
放系で行うことが好ましい理由は、水和物の脱水の為で
あり、1000℃から焼成温度までを密閉系で行うことが好
ましい理由は、焼成時に分解したF成分がAl2O3・SiO2源
に充分に接触できるようにする為である。
【実施例】
まず、出発ゾル原料となるアミルナゾル、シリカゾルを
以下の方法で調製した。 アルミナゾル(ベーマイトゾル)は、市販ベーマイト粉
末(ビスタケミカル社のCatapal B Al2O3含有量73.0wt
%)を硝酸と共にイオン交換水に加え、常圧下の80℃
で3時間加熱することにより得た。 シリカゾルは、市販コロイダルシリカ粉末(日本シリカ
社、Nipsil E220A SiO2含有量92.4wt%)を硝酸と共に
イオン交換水に加え、常圧下でpHを3以下に調整するこ
とにより得た。 さらに、上記のアルミナゾルとシリカゾルとをAl2O3/S
iO2(モル比)が1.37〜1.76の範囲で混合させ、ムライ
ト組成ゾルを調製した。 次に、上記ムライト組成ゾルに47%のフッ酸をHF/3A
l2O3・2SiO2(モル比)が0.008〜0.15の範囲で添加して
ゲル化させ、その後90〜130℃で48時間乾燥し、
ボールミルで粉砕した。 このようにして得たゲル粉末を開放系において600℃
の温度で30分間熱処理した後、密閉容器中において1
150〜1650℃の温度範囲で1時間焼成した。 上記のようにして得た生成物の組成をX線回折により解
析し、生成物の形態を電子顕微鏡により観察したので、
これらの結果を表1に示す。 又、第1図及び第2図に、上記実施例により得たムライ
トウィスカーの電子顕微鏡写真と電子線回折パターンを
示す。 これらの写真から明らかなように、生成物は<001>
方向へ成長した単結晶のウィスカーであり、アスペクト
比(長さ/直径の比)は10以上と大きく、均一なウィ
スカーのみであることが判る。
【発明の効果】 HFを用いたウェットプロセスが採用されるので、混
合が均一となり、粒子がウィスカーに固着しているとい
ったことがなく、高品質なウィスカーが得られる。 ゾル−ゲル法による反応なので理論組成に近い高純度
なムライトが得られる。 安価な原料を使用し、製造プロセスも単純な為、安価
にムライトウィスカーが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施により製造されたムライトウィス
カーの電子顕微鏡写真、第2図は本発明の実施により製
造されたムライトウィスカーの電子線回折パターンの写
真(いずれの写真も繊維の形状の写真)である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベーマイトゾルとシリカゾルとを混合して
    ムライト組成ゾルを調製するムライトゾル調製工程と、
    前記ムライト組成ゾルにHFを添加してゲル化するゲル
    化工程と、このゲル化工程で得たゲルを乾燥させる乾燥
    工程と、この乾燥工程で得た乾燥物を焼成する焼成工程
    とを含むことを特徴とするムライトウィスカーの製造方
    法。
  2. 【請求項2】ムライト組成ゾルのAl2O3/SiO2(モル
    比)が1.37〜1.76の範囲となるようベーマイトゾルとシ
    リカゾルとが混合される特許請求の範囲第1項記載のム
    ライトウィスカーの製造方法。
  3. 【請求項3】HF/3Al2O3・2SiO2(モル比)が0.01〜0.1
    となるようHFが添加される特許請求の範囲第1項記載
    のムライトウィスカーの製造方法。
  4. 【請求項4】乾燥工程では120℃より低い温度で処理さ
    れる特許請求の範囲第1項記載のムライトウィスカーの
    製造方法。
  5. 【請求項5】焼成工程において、1000℃までは開放系
    で、1000℃から1200〜1600℃の焼成温度までは密閉系で
    焼成が行なわれる特許請求の範囲第1項記載のムライト
    ウィスカーの製造方法。
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