JPH0790165B2

JPH0790165B2 - 粉粒体の精製方法

Info

Publication number: JPH0790165B2
Application number: JP2007919A
Authority: JP
Inventors: 小林　　廣道; 啓治松廣
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH03213142A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は粉粒体の精製方法に関し、一層詳細には不要な
混在物を除去し、しかも形態、寸法の整った無機物、セ
ラミックまたは非酸化物からなる粉粒体を容易且つ確実
に得ることが可能な粉粒体の精製方法に関する。

［従来の技術］一般に、例えば、セラミックを製造するための原料、原
鉱石を粉砕することによって得られる。その際、高純度
化並びに品質の安定化を図るべく、粒度、化学成分等の
調整を必要とする。このために粉砕された状態の原料は
精製工程に付され、所定の規格に適合した粉粒体として
市販に供される。

然しながら、前記のように精製が行われた市販品として
の粉粒体は、その用途にてらして鑑みるとき、未だ不要
な混在物が包含され、あるいは、粒度が所望の用件に適
合しない場合が多い。そして、この要件に適合しないま
まで当該粉粒体を母材又は強化材として用い、セラミッ
ク焼結体を得ようとする場合、不純物量、大きさの不揃
い等により所望の特性、例えば、高温高強度を有するセ
ラミック焼結体を得ることが困難となる。

［発明が解決しようとする課題］本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、特にセラミックを得るための粉粒体または粉粒
体の原料から不要な混在物を除去し、併せて形態、ある
いは寸法が整い、従って、これらの粉粒体を用いること
により、高温で強度が大なるセラミック焼結体を得るた
めの粉粒体の精製方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］前記の目的を達成するために、本発明は、原材料として
のセラミックの粉粒体を分級処理する第１の工程と、前記分級処理された粉粒体を加熱処理する第２の工程
と、前記加熱処理され、乾燥された粉粒体を酸処理を行うこ
とにより不要な混在物を除去する第３の工程と、前記不要な混在物を除去した後の粉粒体に対し水洗処理
を行う第４の工程と、前記水洗処理された粉粒体を乾燥させるための第５の工
程と、からなることを特徴とする。

［発明の具体的構成］セラミックの原料である粉状体または粒状体（球状、板
状、針状等の形状を含む）を溶媒中に分散させて懸濁液
を得、これを分級処理する。このようにして分級された
後の原料を所定のメッシュを有する篩にかけて所望の寸
法または形態の粉粒体を得る。

次に、形態または寸法が整った原料は酸処理工程の付さ
れる。例えば、遊離炭素、二酸化炭素あるいは一酸化炭
素として揮散させ除去するためであり、また、金属不純
物を酸化させて酸化物とするものである。次に、必要に
応じて原料となる粉粒体には酸処理が施される。想起さ
れる不純物に応じて、例えば、硫酸処理、塩酸処理、あ
るいはこれらの混酸による処理も可能である。これによ
って金属不純物や金属不純物を酸処理することにより生
成した酸化物が除去される。例えば、Al₂O₃を除去する
ためには硫酸処理が好適であり、また、場合によって塩
酸処理とすることも可能である。さらに硫酸処理、塩酸
処理を同時若しくは経時的に行うことも可能である。最
終製品として一定の寸法、形態を保有し、且つ焼成後に
所望の特性が得られればよいからである。

次に、水洗工程を必要に応じて複数回繰り返して行った
後、乾燥させて所望の形態および／または寸法を有する
精製物としてのセラミック原料を得ることが出来る。

［実施例１］入手した市販品の炭化珪素板状粒子は、一般的に遊離炭
素、二酸化珪素、Al₂O₃等の不要な混在物を含み、且つ
形態、寸法が不揃いであるという確認を行った。

第１図ａに分級前の原料の電子顕微鏡写真を示す。な
お、図において、左側の写真は1cmが100μｍとする拡大
写真であり、右側の写真は1cmが50μｍとする原料の拡
大写真である。以後、分級後、酸化後、硫酸処理後、弗
化水素処理後の電子顕微鏡写真を示すが、その拡大写真
の寸法は前記と同様である。

そこで、以上のように、得られた炭化珪素板状粒子を、
溶媒であるエチルアルコール中に分散させ、懸濁液を
得、この懸濁液を粒子の大きさ30μｍで水ひにより分級
した。実際、粒子の大きさ30μｍの原料が沈降する時間
はストークスの式によって得た。水ひした懸濁液は目開
き15μｍの篩を通過させて、篩上の残渣を乾燥させ、所
望の炭化珪素板状粒子とした。

表１に分級前と分級後の化学分析結果を重量％で示す。
例えば、珪素については、分級前が62.12重量％であっ
たものが、分級後では66.32重量％に増加している。不
要な混在物が除去されて、相対的にその重量が増えたた
めであると考えられる。さらにまた、アルミニウムにつ
いては、分級前が1.56重量％であったものが、0.061重
量％となっている。また、鉄についても同様に、0.17重
量％であったものが、0.10重量％となっている。さらに
また、遊離二酸化珪素が、0.87重量％から0.49重量％
へ、また、遊離炭素は3.19重量％から1.12重量％へと減
少している。

分級後の電子顕微鏡写真を第１図ｂに示す。第１図ａの
分級前の原料の組成拡大写真と比べると、形態が極めて
整い、且つ寸法、すなわち、粒度も均一となっているこ
とが容易に諒解されよう。

以上のようにして、分級された後の炭化珪素の板状粒子
は、次いで、遊離炭素、金属の不要な混在物を除去する
ために、酸処理工程に付した。この酸処理工程は、実質
的に650℃で20時間加熱処理を行うことにより達成して
いる。この場合、遊離炭素は、分級後、1.12重量％含有
していたが、650℃で20時間酸処理を行ったところ、0.4
2重量％に減少していることが確認された。遊離炭素は
酸素と結合してCO₂あるいはCOとして揮酸した。また、
珪素は酸素と結合させてSiO₂とし、さらに、アルミニウ
ムは酸素と結合させてAl₂O₃とするためのものである。
実際、遊離二酸化珪素は、分級後、0.49重量％含有して
いたが、650℃で20時間酸処理を行ったところ2.10重量
％に増大した。これは遊離珪素が酸素と結合して二酸化
珪素を生成したのと、炭化珪素板状粒子表面が酸化され
二酸化珪素を生成したものと解される。

さらに、Al₂O₃を除去するために硫酸処理工程に付し
た。すなわち、粉粒体または粒状体中に硫酸を流入さ
せ、このAl₂O₃を除去するとともに、この溶媒としての
硫酸を無くなるまで蒸発させ、粉粒体または粒状体を乾
固させる。蒸発乾固処理はガラスビーカー中でアルコー
ルランプにより加熱を行ってAl₂O₃を除去した。この場
合、硫酸が残っていることが懸念されるために、pH7に
なるまで水洗工程に付した。

さらに、二酸化珪素を除去するために、弗化水素酸を用
いて白金皿中で蒸発乾固処理を行った。これによって、
二酸化珪素等の酸化物からなる不要な混在物が除去され
た。二酸化珪素は650℃で20時間酸処理後2.10重量％含
有していたが、硫酸処理で1.76重量％に減少、さらに弗
化水素酸処理で0.05重量％に減少していることが確認さ
れた。

このようにして弗化水素酸処理を行った後、水洗工程に
付した。水洗工程は継続して長い時間にわたって１回で
あってもよく、また、乾燥、水洗を繰り返して複数回に
わたって行ってもよい。

第１図ｃに酸化後の炭化珪素の粒状体の電子顕微鏡写真
を示し、また、第１図ｄに硫酸処理後の炭化珪素の拡大
写真を示し、また、第１図ｅに弗化水素による処理後の
電子顕微鏡拡大写真を示している。

なお、原材料としての炭化珪素板状粒子について、予め
鉄分が極めて多く含まれていると確認された場合におい
ては、硫酸処理後の工程にさらに塩酸処理工程を加え、
酸化鉄としてこの不要な混在物を除去することも可能で
ある。

［実施例２］実施例１で精製して得られた炭化珪素板状粒子と未精製
の炭化珪素板状粒子を強化材として窒化珪素母材に添加
してセラミック焼結体を作製し、次いで、四点曲げ強度
測定を行った。四点曲げ強度は、JIS R1601「ファイン
セラミックスの曲げ強さ試験法」に従って測定した。

この場合の具体的実施例について説明する。

先ず、母材および強化材をポットミルに入れ、水または
エチルアルコール中で24時間混合し混合物を形成した。
次に、得られた混合物を120℃で24時間乾燥させ、目開
きが149μｍの大きさの篩にかけ、成形用粉末を得た。
次いで、圧力200kg/cm²でプレス成形し、焼成した。こ
の場合、場合、加圧焼結を施したが、ホットプレスは1a
tmのN₂雰囲気、圧力300kg/cm²で行った。なお、焼結温
度が1700℃以上になると、窒化珪素の分解が激しくなる
のでN₂圧は9.5atmとした。

表２は、このようにして得られたセラミック焼結体の曲
げ強度測定結果を示したものである。この表において、
実施例No.1〜６は精製して得られた炭化珪素板状粒子を
用いたセラミック焼結体を示し、また、比較例No.7〜12
は未精製の炭化珪素板状粒子を用いたセラミック焼結体
に関する実験結果を示す。表２より明らかなように、12
00℃、1400℃の曲げ強度では、精製して高純度が得られ
た炭化珪素板状粒子を用いたセラミック焼結体は未精製
の炭化珪素板状粒子を用いたセラミック焼結体に比べ高
強度であった。特に、高融点粒界相を有するY₂O₃、Yb₂O
₃を添加した系において効果が大きく1400℃での曲げ強
度で154〜249MPaの差が認められた。これによって、高
温強度には不純物が影響を及ぼしていることが判った。
すなわち、高温強度が大きいセラミック焼結体を得るに
は精製により不純物を除去した高純度の炭化珪素板状粒
子を用いることの有効性が確認された。

［発明の効果］表１から容易に諒解される通り、水ひによって微細な遊
離炭素、二酸化珪素、Al₂O₃等の不要な混在物は約半分
近くは除去された。特に、Al₂O₃は1.56重量％から0.061
重量％へとその除去率は極めて著しかった。さらにま
た、650℃で20時間にわたる酸処理では、遊離炭素は0.0
61重量％から0.048重量％にとその除去が行われた。一
方、硫酸処理工程においては、Al₂O₃は0.041重量％とな
り、その除去率が極めて顕著であることが、表１から諒
解されよう。

また、弗化水素酸処理は二酸化珪素等の酸化物の除去に
顕著な効果が得られることが判った。分級前が0.87重量
％であったものが、0.05重量％になり、著しく減少して
いる。

以上のようにして得られた精製された後の炭化珪素板状
粒子は、不要な混在物が極めて少ないために、高温強度
が大であり、構造用セラミックとして使用するとき一層
の品質の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は炭化珪素板状粒子の分級前、分級後、酸化後、
硫酸処理後、弗化水素酸処理後の電子顕微鏡で拡大した
粒子構造写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/626

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原材料としてのセラミックの粉粒体を分級
処理する第１の工程と、前記分級処理された粉粒体を加熱処理する第２の工程
と、前記加熱処理され、乾燥された粉粒体を酸処理を行うこ
とにより不要な混在物を除去する第３の工程と、前記不要な混在物を除去した後の粉粒体に対し水洗処理
を行う第４の工程と、前記水洗処理された粉粒体を乾燥させるための第５の工
程と、からなることを特徴とする粉粒体の精製方法。
【請求項２】請求項１記載の方法において、第２の工程
は大気中または酸素雰囲気中で行うことを特徴とする粉
粒体の精製方法。
【請求項３】請求項１または２記載の方法において、酸
処理を行う第３の工程は粉粒体に含まれる不要な混在物
を除去するために当該不要な混在物に対応して選択され
る酸処理工程であることを特徴とする粉粒体の精製方
法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の方法に
おいて、粉粒体に含まれる不要な混在物としての二酸化
珪素を除去するために、酸処理工程の後に弗化水素酸に
よる蒸発乾固工程を行うことを特徴とする粉粒体の精製
方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の方法に
おいて、不要な混在物として非酸化物を含む粉粒体に対
して第２工程の後、酸処理を施すことを特徴とする粉粒
体の精製方法。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の方法に
おいて、酸処理は硫酸、塩酸、硝酸、またはこれらの複
数の混酸で行うことを特徴とする粉粒体の精製方法。