JPH075360B2 - ムライト焼結体の製造方法 - Google Patents
ムライト焼結体の製造方法Info
- Publication number
- JPH075360B2 JPH075360B2 JP2087195A JP8719590A JPH075360B2 JP H075360 B2 JPH075360 B2 JP H075360B2 JP 2087195 A JP2087195 A JP 2087195A JP 8719590 A JP8719590 A JP 8719590A JP H075360 B2 JPH075360 B2 JP H075360B2
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- kaolinite
- mullite
- artificial
- sintered body
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、高温高強度材料、ICパッケージ材料等とし
て有用な高純度のムライト焼結体の製造方法に関する。
て有用な高純度のムライト焼結体の製造方法に関する。
従来技術 3Al2O3・2SiO2の化学組成で知られる高純度のムライト
焼結体は、耐クリープ性がアルミナに優り、1300℃の高
温まで室温強度を維持することができる。また、耐食性
にも優れ、熱膨脹係数や誘電率が小さいことなどから、
各種の高温高強度構造材料、ICパッケージ材料等として
の利用が期待されている。
焼結体は、耐クリープ性がアルミナに優り、1300℃の高
温まで室温強度を維持することができる。また、耐食性
にも優れ、熱膨脹係数や誘電率が小さいことなどから、
各種の高温高強度構造材料、ICパッケージ材料等として
の利用が期待されている。
このような高純度ムライト焼結体は、まず、金属アルコ
キシド法、共沈法、熱分解法等の湿質法によって高純度
ムライト粉末を製造し、これを成型・焼成することによ
って得られる。また、工業的方法としては、カオリナイ
ト、ハロイサイト等の天然粘土を焼成・粉砕し、これに
高濃度か性ソーダ溶液を加え、ムライトを濾過分離する
方法が知られている（たとえば、特公昭62−47810号公
報）。
キシド法、共沈法、熱分解法等の湿質法によって高純度
ムライト粉末を製造し、これを成型・焼成することによ
って得られる。また、工業的方法としては、カオリナイ
ト、ハロイサイト等の天然粘土を焼成・粉砕し、これに
高濃度か性ソーダ溶液を加え、ムライトを濾過分離する
方法が知られている（たとえば、特公昭62−47810号公
報）。
一方、近年においては、シリカとアルミニウム化合物と
水とを水熱反応処理することにより、高品質の人工カオ
リナイトを経済的に製造する方法が開発されている（た
とえば、特開昭63−89416号公報）。この方法による人
工カオリナイトは、Al2O3、SiO2以外の不純物や遊離シ
リカが極めて少なく、さらに、合成条件を適当に選定す
ることにより、粒径制御も容易である。
水とを水熱反応処理することにより、高品質の人工カオ
リナイトを経済的に製造する方法が開発されている（た
とえば、特開昭63−89416号公報）。この方法による人
工カオリナイトは、Al2O3、SiO2以外の不純物や遊離シ
リカが極めて少なく、さらに、合成条件を適当に選定す
ることにより、粒径制御も容易である。
発明が解決しようとする課題 而して、かかる従来技術のうち、金属アルコキシド法等
の湿式法によるときは、ムライトの高純度粉末の生成効
率が高くないために、実験室的にはよいとしても、工業
的には、製造コストが過大になるという欠点があった。
また、天然粘土を使用する場合は、天然粘土に含まれる
不純物や遊離シリカのために、最終的に得られるムライ
ト焼結体中における未反応のアルミナやシリカの含有量
を一定量以下にすることに限界があり、高品質のムライ
ト焼結体を提供することは不可能である。
の湿式法によるときは、ムライトの高純度粉末の生成効
率が高くないために、実験室的にはよいとしても、工業
的には、製造コストが過大になるという欠点があった。
また、天然粘土を使用する場合は、天然粘土に含まれる
不純物や遊離シリカのために、最終的に得られるムライ
ト焼結体中における未反応のアルミナやシリカの含有量
を一定量以下にすることに限界があり、高品質のムライ
ト焼結体を提供することは不可能である。
そこで、この発明の目的は、天然粘土に代えて高品質の
人工カオリナイトを用い、これにアルミニウム化合物を
加えて焼成することにより、製造コストが低く、しかも
工業的に量産可能な高純度のムライト焼結体の製造方法
を提供することにある。
人工カオリナイトを用い、これにアルミニウム化合物を
加えて焼成することにより、製造コストが低く、しかも
工業的に量産可能な高純度のムライト焼結体の製造方法
を提供することにある。
課題を解決するための手段 かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、平均粒
径が１μｍ以下で、SiO2、Al2O3以外の不純物が0.3重量
％以下、非晶質シリカを除いた遊離シリカが５重量％以
下からなる人工カオリナイトと、灼熱後のAl2O3量が99.
8重量％以上のアルミニウム化合物とをムライト組成比
に均一に混合し、1400℃以上で焼成することをその要旨
とする。
径が１μｍ以下で、SiO2、Al2O3以外の不純物が0.3重量
％以下、非晶質シリカを除いた遊離シリカが５重量％以
下からなる人工カオリナイトと、灼熱後のAl2O3量が99.
8重量％以上のアルミニウム化合物とをムライト組成比
に均一に混合し、1400℃以上で焼成することをその要旨
とする。
作用 この発明に使用する人工カオリナイトは、シリカとアル
ミニウム化合物と水とを調合し、水熱反応によって製造
することができる。その化学組成モル比は、Al/Si＝１
であり、平均粒径１μｍ以下の微細粒径のものがよい。
平均粒径が過大であると、ムライト化のための焼成温度
を高くする必要があり、しかも、焼成時間を長くとる必
要がある。
ミニウム化合物と水とを調合し、水熱反応によって製造
することができる。その化学組成モル比は、Al/Si＝１
であり、平均粒径１μｍ以下の微細粒径のものがよい。
平均粒径が過大であると、ムライト化のための焼成温度
を高くする必要があり、しかも、焼成時間を長くとる必
要がある。
人工カオリナイトのSiO2、Al2O3以外の不純物として
は、Fe2O3を0.1重量％以下とし、不純物総量を0.3重量
％以下にすべきである。Fe2O3、アルカリおよびアルカ
リ土類が0.3重量％以上残存すると、最終ムライト焼結
体中にガラス相を形成し易くなり、ムライト焼結体の特
徴である高温強度特性が著るしく劣化する他、絶縁材料
に用いたとき、体積固有抵抗が極端に低下することがわ
かっているからである。また、人工カオリナイト中に、
クリストバライト等の結晶性シリカが５重量％以上残存
すると、ムライト焼結体中にクリストバライトとしてい
つまでも残存し、焼成行程におけるムライト単一相の形
成を妨げる。
は、Fe2O3を0.1重量％以下とし、不純物総量を0.3重量
％以下にすべきである。Fe2O3、アルカリおよびアルカ
リ土類が0.3重量％以上残存すると、最終ムライト焼結
体中にガラス相を形成し易くなり、ムライト焼結体の特
徴である高温強度特性が著るしく劣化する他、絶縁材料
に用いたとき、体積固有抵抗が極端に低下することがわ
かっているからである。また、人工カオリナイト中に、
クリストバライト等の結晶性シリカが５重量％以上残存
すると、ムライト焼結体中にクリストバライトとしてい
つまでも残存し、焼成行程におけるムライト単一相の形
成を妨げる。
この発明に用いるアルミニウム化合物としては、アルミ
ナ、水酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、塩化アル
ミニウム、硝酸アルミニウム等の無機塩類の他、各種の
アルミニウムアルコキシド化合物が使用できる。すなわ
ち、アルミナ自身、または、その後の焼成によってアル
ミナを生成することができる任意のアルミニウム化合物
であって、その純度は、灼熱後のAl2O3量が99.8重量％
以上の高純度のものを使用するのがよい。
ナ、水酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、塩化アル
ミニウム、硝酸アルミニウム等の無機塩類の他、各種の
アルミニウムアルコキシド化合物が使用できる。すなわ
ち、アルミナ自身、または、その後の焼成によってアル
ミナを生成することができる任意のアルミニウム化合物
であって、その純度は、灼熱後のAl2O3量が99.8重量％
以上の高純度のものを使用するのがよい。
人工カオリナイトとアルミニウム化合物との混合比率
は、Al/Siがムライト組成比となるようにする。すなわ
ち、人工カオリナイトの１モルに対して、２モル以上３
モル以下のアルミニウム化合物を添加調合すればよい。
は、Al/Siがムライト組成比となるようにする。すなわ
ち、人工カオリナイトの１モルに対して、２モル以上３
モル以下のアルミニウム化合物を添加調合すればよい。
人工カオリナイトとアルミニウム化合物との混合は、湿
式混合によるのがよい。湿式混合後は、約800〜1300℃
で仮焼を行なって水分を放出し、この仮焼物を軽くほぐ
して、適当な有機質バインダを添加し、再び湿式混合す
る。湿式混合は、ポットミルによって各10時間以上行な
うことが好ましく、これにより、均一な泥奬を得ること
ができる。その後、乾燥してほぐし、所定形状に成型し
て焼成する。
式混合によるのがよい。湿式混合後は、約800〜1300℃
で仮焼を行なって水分を放出し、この仮焼物を軽くほぐ
して、適当な有機質バインダを添加し、再び湿式混合す
る。湿式混合は、ポットミルによって各10時間以上行な
うことが好ましく、これにより、均一な泥奬を得ること
ができる。その後、乾燥してほぐし、所定形状に成型し
て焼成する。
焼成温度は、1400℃以上とし、好ましくは、1500〜1700
℃の範囲内とするのがよい。焼成温度が低いとムライト
化が不十分であり、高過ぎると不経済である。焼成にお
ける昇温は、成型物の大きさにより、約10〜600℃／時
にとり得るが、30〜100℃／時が実際的である。
℃の範囲内とするのがよい。焼成温度が低いとムライト
化が不十分であり、高過ぎると不経済である。焼成にお
ける昇温は、成型物の大きさにより、約10〜600℃／時
にとり得るが、30〜100℃／時が実際的である。
焼成後の冷却は、昇温と同一条件、もしくは、より速い
条件でもよい。
条件でもよい。
実施例 人工カオリナイトとして、表１の化学組成と表２の粒度
分布を有するものを使用した。
分布を有するものを使用した。
この人工カオリナイトには、遊離シリカとして、非晶質
シリカ５〜10重量％と、石英が数％含まれているが、ク
リストバライトは全く含まれていない。また、良質な天
然粘土でも、Fe2O3等の不純物は、0.5〜1.0重量％含ま
れているのが普通であるが、この人工カオリナイトの不
純物は、0.3重量％以下に過ぎない。なお、人工カオリ
ナイトの合成技術は、その進展が目覚ましく、将来は、
さらに不純物含有量の少ないものが得られるものと期待
されている。
シリカ５〜10重量％と、石英が数％含まれているが、ク
リストバライトは全く含まれていない。また、良質な天
然粘土でも、Fe2O3等の不純物は、0.5〜1.0重量％含ま
れているのが普通であるが、この人工カオリナイトの不
純物は、0.3重量％以下に過ぎない。なお、人工カオリ
ナイトの合成技術は、その進展が目覚ましく、将来は、
さらに不純物含有量の少ないものが得られるものと期待
されている。
アルミニウム化合物として、アルミナ、水酸化アルミニ
ウム、炭酸アルミニウム、アルミニウムアルコキシドを
使用し、それぞれの混合物を24時間ポットミルで湿式混
合後、110℃で乾燥し、800℃で１時間仮焼した。仮焼物
をほぐし、有機質バインダとして、昭和高分子（株）CE
RA1100を固形分で仮焼物の５重量％加え、ットミルによ
り、再び24時間の湿式混合を行なった。それを110℃で
乾燥後ほぐし、24メッシュの篩を全通させ、その粉末
を、10トン荷重の金型成型により、直径55mm、厚さ10mm
の円板状に成型した。
ウム、炭酸アルミニウム、アルミニウムアルコキシドを
使用し、それぞれの混合物を24時間ポットミルで湿式混
合後、110℃で乾燥し、800℃で１時間仮焼した。仮焼物
をほぐし、有機質バインダとして、昭和高分子（株）CE
RA1100を固形分で仮焼物の５重量％加え、ットミルによ
り、再び24時間の湿式混合を行なった。それを110℃で
乾燥後ほぐし、24メッシュの篩を全通させ、その粉末
を、10トン荷重の金型成型により、直径55mm、厚さ10mm
の円板状に成型した。
成型物を500℃／時で昇温し、焼成温度1400、1500、160
0℃で１時間保持した後、500℃／時で冷却した。
0℃で１時間保持した後、500℃／時で冷却した。
このようにして得られた焼成物のＸ線回折データの解析
結果を表３に示す。ただし、同表において、Ｍはムライ
ト、Ａはアルミナの存在を示す。
結果を表３に示す。ただし、同表において、Ｍはムライ
ト、Ａはアルミナの存在を示す。
表３によれば、焼成温度1300℃では、すべての試料にア
ルミナが残存することが示されるが、焼成温度1400〜16
00℃では、完全なムライト単一相の焼結体を作ることが
できる。
ルミナが残存することが示されるが、焼成温度1400〜16
00℃では、完全なムライト単一相の焼結体を作ることが
できる。
人工カオリナイトの平均粒径によるムライト化反応の違
いを表４に示す。同表におけるＭ、Ａは、表３における
ものと同様である。
いを表４に示す。同表におけるＭ、Ａは、表３における
ものと同様である。
人工カオリナイトの平均粒径が小さくなるに従って反応
が良好であり、平均粒径１μｍ以下になると、焼成温度
1400℃から完全にムライト単一相になる。よって、人工
カオリナイトの平均粒径は、少なくとも１μｍ以下とす
ることが好ましい。
が良好であり、平均粒径１μｍ以下になると、焼成温度
1400℃から完全にムライト単一相になる。よって、人工
カオリナイトの平均粒径は、少なくとも１μｍ以下とす
ることが好ましい。
一方、アルミナ添加試料の粒径によるムライト化反応の
違いについても検討した。その結果を表５に示す。な
お、同表におけるＭ、Ａも、表３におけるものと同様で
ある。
違いについても検討した。その結果を表５に示す。な
お、同表におけるＭ、Ａも、表３におけるものと同様で
ある。
焼成温度1300℃では、全ての試料について未反応アルミ
ナの残存が確認されたが、1400℃から、粒径による反応
性の差異が認められる。焼成温度1600℃とすれば、粒径
２μｍの試料を除く全ての粒径のものが反応を終了す
る。よって、アルミナ粒子は、その粒径が微細になるに
従って反応が良好であり、少なくとも粒径１μｍ以下と
するのがよい。
ナの残存が確認されたが、1400℃から、粒径による反応
性の差異が認められる。焼成温度1600℃とすれば、粒径
２μｍの試料を除く全ての粒径のものが反応を終了す
る。よって、アルミナ粒子は、その粒径が微細になるに
従って反応が良好であり、少なくとも粒径１μｍ以下と
するのがよい。
比較例 天然粘土（ニユージーランドカオリン）として、表６の
化学組成を有し、平均粒径0.5μｍからなるものを用い
た。
化学組成を有し、平均粒径0.5μｍからなるものを用い
た。
天然粘土の中でも極めて良質なカオリンであるが、Fe2O
3等を含む不純物の総量は、0.5重量％に達している。一
方、鉱物的には、主成分のハロイサイトと、遊離シリカ
として石英、クリストバライト等が含まれている。
3等を含む不純物の総量は、0.5重量％に達している。一
方、鉱物的には、主成分のハロイサイトと、遊離シリカ
として石英、クリストバライト等が含まれている。
実施例と同一条件でムライト焼結体を作り、得られた焼
成物のＸ線回折データの解析結果を表７に示す。なお、
同表におけるＭ、Ａは、表３におけるものと同様であ
り、Ｃは、クリストバライトの存在を示す。
成物のＸ線回折データの解析結果を表７に示す。なお、
同表におけるＭ、Ａは、表３におけるものと同様であ
り、Ｃは、クリストバライトの存在を示す。
表７によれば、焼成温度1400℃までは、全ての試料にア
ルミナとクリストバライトが残存することが示される
が、焼成温度1500℃以上では、アルミナ試料を除く他の
試料には残存しなくなる。そして、1600℃で初めて、全
ての試料が完全にムライト化反応を終了している。
ルミナとクリストバライトが残存することが示される
が、焼成温度1500℃以上では、アルミナ試料を除く他の
試料には残存しなくなる。そして、1600℃で初めて、全
ての試料が完全にムライト化反応を終了している。
天然カオリンには、普遍的にクリストバライト、石英が
共存しており、特に、熱的に安定なクリストバライトが
存在すると、1400℃で焼結してもムライト単一相になら
ないことがわかる。
共存しており、特に、熱的に安定なクリストバライトが
存在すると、1400℃で焼結してもムライト単一相になら
ないことがわかる。
一方、天然カオリンと水酸化アルミニウムを用いて1500
℃で焼成した試料の体積固有抵抗は５×1011Ωcmで、実
施例による試料のそれに比して、約２桁小さい。
℃で焼成した試料の体積固有抵抗は５×1011Ωcmで、実
施例による試料のそれに比して、約２桁小さい。
このように、天然粘土を用いた場合は、ムライト単一相
が得られ難く、また、不純物の混入により体積固有抵抗
が低下する等の欠点がある。
が得られ難く、また、不純物の混入により体積固有抵抗
が低下する等の欠点がある。
発明の効果 以上説明したように、この発明によれば、高品質の人工
カオリナイトとアルミニウム化合物とをムライト組成に
調合混合し、1400℃以上で焼成することにより、人工カ
オリナイトは経済的に大量生産することができ、その純
度や粒径を所定値に制御したものが安価に得られるの
で、製造コストが過大になることなく、工業的に、高純
度ムライト焼結体を量産することができるという優れた
効果がある。
カオリナイトとアルミニウム化合物とをムライト組成に
調合混合し、1400℃以上で焼成することにより、人工カ
オリナイトは経済的に大量生産することができ、その純
度や粒径を所定値に制御したものが安価に得られるの
で、製造コストが過大になることなく、工業的に、高純
度ムライト焼結体を量産することができるという優れた
効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 正規 石川県金沢市戸水町ロ１番地 石川県工業 試験場内 (72)発明者 中村 嘉秀 東京都中央区銀座８丁目14番14号 住金ホ トンセラミックス株式会社内 (72)発明者 竹内 正幸 東京都千代田区大手町１丁目１番３号 住 友金属工業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】平均粒径が１μｍ以下で、SiO2、Al2O3以
外の不純物が0.3重量％以下、非晶質シリカを除いた遊
離シリカが５重量％以下からなる人工カオリナイトと、
灼熱後のAl2O3量が99.8重量％以上のアルミニウム化合
物とをムライト組成比に均一に混合し、1400℃以上で焼
成することを特徴とするムライト焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2087195A JPH075360B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ムライト焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2087195A JPH075360B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ムライト焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285866A JPH03285866A (ja) | 1991-12-17 |
| JPH075360B2 true JPH075360B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=13908204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2087195A Expired - Lifetime JPH075360B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | ムライト焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075360B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2087195A patent/JPH075360B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03285866A (ja) | 1991-12-17 |
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