JPH10203879A - 多孔質無機材料の製造法 - Google Patents
多孔質無機材料の製造法Info
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- JPH10203879A JPH10203879A JP2194997A JP2194997A JPH10203879A JP H10203879 A JPH10203879 A JP H10203879A JP 2194997 A JP2194997 A JP 2194997A JP 2194997 A JP2194997 A JP 2194997A JP H10203879 A JPH10203879 A JP H10203879A
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- C04B30/02—Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる高
物性多孔質無機材料の製造法を提供する。 【解決手段】 酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウ
ム形成性アルミニウム化合物と酸化ホウ素または酸化ホ
ウ素形成性ホウ素化合物とを粉末状態で混合して成形
し、得られた成形物を加熱してアルミニウム化合物とホ
ウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のウィスカーを生成
させ、それらが結合剤によらずに結合してなる多孔質無
機材料を得るに当たり、酸化鉄、鉄粉、酸化バナジウ
ム、シリカ等をウィスカーの成長促進用助剤として用い
る。
物性多孔質無機材料の製造法を提供する。 【解決手段】 酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウ
ム形成性アルミニウム化合物と酸化ホウ素または酸化ホ
ウ素形成性ホウ素化合物とを粉末状態で混合して成形
し、得られた成形物を加熱してアルミニウム化合物とホ
ウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のウィスカーを生成
させ、それらが結合剤によらずに結合してなる多孔質無
機材料を得るに当たり、酸化鉄、鉄粉、酸化バナジウ
ム、シリカ等をウィスカーの成長促進用助剤として用い
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多孔質無機材料の製
造法に関するものであり、さらに詳しくは、ウィスカー
強化金属材料（ＷＲＭ）等製造用の補強材、高温用の構
造材、断熱材、摩擦材、濾材等に有用な、９Ａl2Ｏ3・２
Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカーからなる多孔質
無機材料とその製造法に関するものである。
造法に関するものであり、さらに詳しくは、ウィスカー
強化金属材料（ＷＲＭ）等製造用の補強材、高温用の構
造材、断熱材、摩擦材、濾材等に有用な、９Ａl2Ｏ3・２
Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカーからなる多孔質
無機材料とその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ホ
ウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化チタン等か
らなるセラミックス系のウィスカーは、機械的特性、耐
熱性、耐食性、断熱性、耐摩耗性、電気絶縁性などにす
ぐれているため、そのまま、あるいは成形体にして、多
くの分野で利用されるようになった。
ウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化チタン等か
らなるセラミックス系のウィスカーは、機械的特性、耐
熱性、耐食性、断熱性、耐摩耗性、電気絶縁性などにす
ぐれているため、そのまま、あるいは成形体にして、多
くの分野で利用されるようになった。
【０００３】ウィスカーの用途として期待されているも
のの一つは金属基複合材料の強化材であって、ウィスカ
ーをあらかじめプリフォームと呼ばれる多孔質成形体に
成形しておき、その空隙部分に溶融金属を圧入する鋳造
を行うことによって、ウィスカーで補強された金属材料
・ＷＲＭを得るものである。
のの一つは金属基複合材料の強化材であって、ウィスカ
ーをあらかじめプリフォームと呼ばれる多孔質成形体に
成形しておき、その空隙部分に溶融金属を圧入する鋳造
を行うことによって、ウィスカーで補強された金属材料
・ＷＲＭを得るものである。
【０００４】プリフォーム等、ウィスカーの成形体を得
るには、結合剤と共に水に分散させたウィスカーを脱水
成形して乾燥、焼成を行う。ところが、ウィスカーは軽
く微細なため、水に分散させる工程で飛散し易く、それ
を作業者が吸入すると健康を害することがあるので、厳
重な飛散防止対策が必要である。また、ウィスカー分散
液が脱水成形される過程で針状のウィスカーが特定の方
向に配向したり偏在したりするのが避けられず、その配
向と偏在はそのまま成形体に引き継がれてしまう。
るには、結合剤と共に水に分散させたウィスカーを脱水
成形して乾燥、焼成を行う。ところが、ウィスカーは軽
く微細なため、水に分散させる工程で飛散し易く、それ
を作業者が吸入すると健康を害することがあるので、厳
重な飛散防止対策が必要である。また、ウィスカー分散
液が脱水成形される過程で針状のウィスカーが特定の方
向に配向したり偏在したりするのが避けられず、その配
向と偏在はそのまま成形体に引き継がれてしまう。
【０００５】言うまでもなく、ウィスカーが不均一に分
布したり特定方向に配向している成形体は均一かつ等方
性の物性を示さない。加えて、脱水成形から焼成を終わ
るまでの間の体積変化が大きいから、所定の密度と寸法
精度を有する成形体を得ることも困難である。さらに、
結合剤によるウィスカー同士の結合力はあまり強くない
ので、ウィスカーそのものの強度は大きくても成形体の
機械的強度は小さいものとなる。プリフォームとして使
われた場合は結合剤が溶湯と反応し、好ましくない変化
を金属に生じさせることもある。
布したり特定方向に配向している成形体は均一かつ等方
性の物性を示さない。加えて、脱水成形から焼成を終わ
るまでの間の体積変化が大きいから、所定の密度と寸法
精度を有する成形体を得ることも困難である。さらに、
結合剤によるウィスカー同士の結合力はあまり強くない
ので、ウィスカーそのものの強度は大きくても成形体の
機械的強度は小さいものとなる。プリフォームとして使
われた場合は結合剤が溶湯と反応し、好ましくない変化
を金属に生じさせることもある。
【０００６】特公平６−３３１９３号公報には、ウィス
カーからなる成形体製造に伴う上述のような問題点をム
ライトウィスカー製のものについては解決することに成
功した硬質ムライトウィスカーフェルトの製造法が記載
されている。この製造法では、ＡlＦ3とＳiＯ2の混合物
から素地を形成させ、これを無水ＳiＦ4雰囲気中で約７
００〜９５０℃に加熱することによりＡlＦ3とＳiＯ2か
ら棒状のトパーズ結晶を形成させ、さらに約１１５０〜
１７００℃に加熱して上記トパーズ結晶を針状の単結晶
ムライトウィスカーに変換する。この方法によれば、成
形された素地中での反応によりムライトウィスカーが形
成され、そのウィスカーは形成過程で相互に結合するか
ら、ウィスカーの形成が終わると同時にウィスカー成形
体も完成する。したがって、多くの困難を伴うウィスカ
ーの脱水成形は不要になり、且つ製品はウィスカーの脱
水成形に由来する前述の欠点を有しない。
カーからなる成形体製造に伴う上述のような問題点をム
ライトウィスカー製のものについては解決することに成
功した硬質ムライトウィスカーフェルトの製造法が記載
されている。この製造法では、ＡlＦ3とＳiＯ2の混合物
から素地を形成させ、これを無水ＳiＦ4雰囲気中で約７
００〜９５０℃に加熱することによりＡlＦ3とＳiＯ2か
ら棒状のトパーズ結晶を形成させ、さらに約１１５０〜
１７００℃に加熱して上記トパーズ結晶を針状の単結晶
ムライトウィスカーに変換する。この方法によれば、成
形された素地中での反応によりムライトウィスカーが形
成され、そのウィスカーは形成過程で相互に結合するか
ら、ウィスカーの形成が終わると同時にウィスカー成形
体も完成する。したがって、多くの困難を伴うウィスカ
ーの脱水成形は不要になり、且つ製品はウィスカーの脱
水成形に由来する前述の欠点を有しない。
【０００７】しかしながら、有利とみえるこの製造法
も、有毒な無水ＳiＦ4雰囲気での焼成を必要とするため
装置や工程管理に費用が嵩むという問題点があり、実施
は容易ではない。言うまでもなく、製品はムライト質の
ものに限られ、用途はおのずから限定される。このよう
な、ウィスカーの生成と多孔質成形体の形成を並行して
進行させる方法は、他の化学組成のウィスカーについて
はまだ知られていなかった。
も、有毒な無水ＳiＦ4雰囲気での焼成を必要とするため
装置や工程管理に費用が嵩むという問題点があり、実施
は容易ではない。言うまでもなく、製品はムライト質の
ものに限られ、用途はおのずから限定される。このよう
な、ウィスカーの生成と多孔質成形体の形成を並行して
進行させる方法は、他の化学組成のウィスカーについて
はまだ知られていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一方、本発明者らが先
に特許出願した発明（特願平７−２０２７７２号）で
は、酸化アルミニウムまたは空気中で加熱されると酸化
アルミニウムを生成するアルミニウム化合物の粉末、酸
化ホウ素または空気中で加熱されると酸化ホウ素を生成
するホウ素化合物の粉末、および酸化ニッケル系の助剤
（酸化ニッケル、ニッケル、または空気中で加熱される
と酸化ニッケルを生成するニッケル化合物からなる）を
均一に混合し、得られた混合物を成形し、次いで加熱し
てアルミニウム化合物とホウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２
Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカーを生成させると
同時に多孔質無機材料を得ている。
に特許出願した発明（特願平７−２０２７７２号）で
は、酸化アルミニウムまたは空気中で加熱されると酸化
アルミニウムを生成するアルミニウム化合物の粉末、酸
化ホウ素または空気中で加熱されると酸化ホウ素を生成
するホウ素化合物の粉末、および酸化ニッケル系の助剤
（酸化ニッケル、ニッケル、または空気中で加熱される
と酸化ニッケルを生成するニッケル化合物からなる）を
均一に混合し、得られた混合物を成形し、次いで加熱し
てアルミニウム化合物とホウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２
Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカーを生成させると
同時に多孔質無機材料を得ている。
【０００９】この製造法において、ホウ酸アルミニウム
ウィスカーはその成長過程で他のウィスカーと接触した
とき接触部分において相手方ウィスカーとホウ酸アルミ
ニウムの一部を共有しつつさらに成長する。その結果、
この製法により得られる多孔質無機材料は、ホウ酸アル
ミニウムウィスカーがランダムに分布し相互に少なくと
も１カ所で、結合剤によることなくウィスカー構成成分
を共有することにより結合して多孔質構造を維持してい
る。そして、それにより、従来の結合剤使用ウィスカー
成形体やウィスカー焼結体とは比較にならないほど高い
強度と高度の耐熱性および耐食性を示す。ウィスカーの
生成と同時にウィスカー成形体に相当するものが形成さ
れるので、ウィスカーを成形する場合に問題となるウィ
スカーの飛散、不均一分布、配向等に基づく種々の不都
合も一切解消される。
ウィスカーはその成長過程で他のウィスカーと接触した
とき接触部分において相手方ウィスカーとホウ酸アルミ
ニウムの一部を共有しつつさらに成長する。その結果、
この製法により得られる多孔質無機材料は、ホウ酸アル
ミニウムウィスカーがランダムに分布し相互に少なくと
も１カ所で、結合剤によることなくウィスカー構成成分
を共有することにより結合して多孔質構造を維持してい
る。そして、それにより、従来の結合剤使用ウィスカー
成形体やウィスカー焼結体とは比較にならないほど高い
強度と高度の耐熱性および耐食性を示す。ウィスカーの
生成と同時にウィスカー成形体に相当するものが形成さ
れるので、ウィスカーを成形する場合に問題となるウィ
スカーの飛散、不均一分布、配向等に基づく種々の不都
合も一切解消される。
【００１０】本発明の目的は、上述のように原料混合物
の成形物中でホウ酸アルミニウムウィスカーを生成させ
ることによりウィスカーからなる多孔質無機材料を製造
する方法をさらに発展させることにある。さらに詳しく
は、本発明の目的は上記本発明者らによる多孔質無機材
料の製造法で用いられた酸化ニッケル系助剤以外のウィ
スカー成長に有効な助剤を見いだし、それにより９Ａl2
Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材料の新
規な製造法を提供しようとするものである。
の成形物中でホウ酸アルミニウムウィスカーを生成させ
ることによりウィスカーからなる多孔質無機材料を製造
する方法をさらに発展させることにある。さらに詳しく
は、本発明の目的は上記本発明者らによる多孔質無機材
料の製造法で用いられた酸化ニッケル系助剤以外のウィ
スカー成長に有効な助剤を見いだし、それにより９Ａl2
Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材料の新
規な製造法を提供しようとするものである。
【００１１】上記目的を達成した本発明は、酸化アルミ
ニウムまたは空気中で加熱されると酸化アルミニウムを
生成するアルミニウム化合物の粉末と、酸化ホウ素また
は空気中で加熱されると酸化ホウ素を生成するホウ素化
合物の粉末とを均一に混合し、得られた混合物を成形
し、次いで加熱してアルミニウム化合物とホウ素化合物
から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカ
ーを生成させて多孔質無機材料を製造するに当たり、前
記酸化ニッケル系のもの以外の助剤を用いてウィスカー
をアスペクト比１０以上のものに成長させることを特徴
とする。
ニウムまたは空気中で加熱されると酸化アルミニウムを
生成するアルミニウム化合物の粉末と、酸化ホウ素また
は空気中で加熱されると酸化ホウ素を生成するホウ素化
合物の粉末とを均一に混合し、得られた混合物を成形
し、次いで加熱してアルミニウム化合物とホウ素化合物
から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカ
ーを生成させて多孔質無機材料を製造するに当たり、前
記酸化ニッケル系のもの以外の助剤を用いてウィスカー
をアスペクト比１０以上のものに成長させることを特徴
とする。
【００１２】９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウム
ウィスカーの成長を促進するための助剤となり得る物質
として新たに見いだされたものは、酸化鉄、鉄粉、空気
中で加熱されると酸化鉄を生成する鉄化合物、酸化バナ
ジウム、空気中で加熱されると酸化バナジウムを生成す
るバナジウム化合物、シリカ等である。
ウィスカーの成長を促進するための助剤となり得る物質
として新たに見いだされたものは、酸化鉄、鉄粉、空気
中で加熱されると酸化鉄を生成する鉄化合物、酸化バナ
ジウム、空気中で加熱されると酸化バナジウムを生成す
るバナジウム化合物、シリカ等である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明による多孔質無機材
料の製造法について詳述する。原料とするアルミニウム
化合物は、酸化アルミニウム、または空気中で加熱され
ると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
（以下、酸化アルミニウム前駆体という）である。酸化
アルミニウム前駆体として使用可能なアルミニウム化合
物は、空気中で加熱されたとき望ましくは約１０００℃
以下で酸化アルミニウムを生じるものであって、その好
ましい具体例としては、水酸化アルミニウム、硫酸アル
ミニウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどが
ある。
料の製造法について詳述する。原料とするアルミニウム
化合物は、酸化アルミニウム、または空気中で加熱され
ると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
（以下、酸化アルミニウム前駆体という）である。酸化
アルミニウム前駆体として使用可能なアルミニウム化合
物は、空気中で加熱されたとき望ましくは約１０００℃
以下で酸化アルミニウムを生じるものであって、その好
ましい具体例としては、水酸化アルミニウム、硫酸アル
ミニウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどが
ある。
【００１４】アルミニウム化合物と反応させるホウ素化
合物としては、酸化ホウ素（三酸化ホウ素・Ｂ2Ｏ3）ま
たは空気中で加熱されたとき望ましくは約１０００℃以
下で酸化ホウ素を生成するホウ素化合物（以下、酸化ホ
ウ素前駆体という）たとえばホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）、四ホ
ウ酸（Ｈ2Ｂ4Ｏ7）、メタホウ酸（ＨＢＯ2）等を用い
る。
合物としては、酸化ホウ素（三酸化ホウ素・Ｂ2Ｏ3）ま
たは空気中で加熱されたとき望ましくは約１０００℃以
下で酸化ホウ素を生成するホウ素化合物（以下、酸化ホ
ウ素前駆体という）たとえばホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）、四ホ
ウ酸（Ｈ2Ｂ4Ｏ7）、メタホウ酸（ＨＢＯ2）等を用い
る。
【００１５】上述のアルミニウム化合物とホウ素化合物
と共に、それらが高温で反応して９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質
ホウ酸アルミニウムを形成するときアスペクト比１０以
上のウィスカーを形成させるための助剤、好ましくは酸
化鉄、酸化バナジウム等の金属酸化物のほか、空気中で
加熱されると前記酸化物のいずれかを生じる金属単体の
粉末および化合物（たとえば鉄粉、バナジウム等の水酸
化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、有機酸塩等）、または
シリカの１種以上からなるものを用いる。シリカと他の
助剤との併用は特に好ましい結果を与える。助剤構成成
分の一部として前述の酸化ニッケル系助剤すなわち酸化
ニッケル、ニッケル、または空気中で加熱されると酸化
ニッケルを生成するニッケル化合物を用いることも可能
である。
と共に、それらが高温で反応して９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質
ホウ酸アルミニウムを形成するときアスペクト比１０以
上のウィスカーを形成させるための助剤、好ましくは酸
化鉄、酸化バナジウム等の金属酸化物のほか、空気中で
加熱されると前記酸化物のいずれかを生じる金属単体の
粉末および化合物（たとえば鉄粉、バナジウム等の水酸
化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、有機酸塩等）、または
シリカの１種以上からなるものを用いる。シリカと他の
助剤との併用は特に好ましい結果を与える。助剤構成成
分の一部として前述の酸化ニッケル系助剤すなわち酸化
ニッケル、ニッケル、または空気中で加熱されると酸化
ニッケルを生成するニッケル化合物を用いることも可能
である。
【００１６】アルミニウム化合物、ホウ素化合物および
助剤は、微粉末状にしてよく混合し、均一な混合物とす
る。このとき、Ａl2Ｏ3：Ｂ2Ｏ3のモル比が９：２ない
し９：６となるように配合比を選定することが望まし
く、また酸化アルミニウムに対して（他のアルミニウム
化合物を用いた場合はその酸化アルミニウム換算量に対
して）助剤が（酸化物換算量で）０.１〜１０重量％、
望ましくは約１〜５重量％になるようにする。助剤を過
剰に添加してもアスペクト比の増加は期待できないばか
りかウィスカーの（したがって製品の）物性悪化を招く
ことがある。適量の助剤を用いることにより、アスペク
ト比が１０以上の、十分長いウィスカーを生成させるこ
とができる。
助剤は、微粉末状にしてよく混合し、均一な混合物とす
る。このとき、Ａl2Ｏ3：Ｂ2Ｏ3のモル比が９：２ない
し９：６となるように配合比を選定することが望まし
く、また酸化アルミニウムに対して（他のアルミニウム
化合物を用いた場合はその酸化アルミニウム換算量に対
して）助剤が（酸化物換算量で）０.１〜１０重量％、
望ましくは約１〜５重量％になるようにする。助剤を過
剰に添加してもアスペクト比の増加は期待できないばか
りかウィスカーの（したがって製品の）物性悪化を招く
ことがある。適量の助剤を用いることにより、アスペク
ト比が１０以上の、十分長いウィスカーを生成させるこ
とができる。
【００１７】均一な原料混合物が得られたならば、それ
を粉末成形法、押出成形法、射出成形法、泥漿鋳込み成
形法等により任意の形状に成形する。水や成形助剤を使
用する必要がなく均一な成形物が得られる点で好ましい
のは粉末成形法である。すなわち、原料混合物を粉末の
まま成形用型に入れ、圧縮して成形する。成形圧を大き
くして成形物の密度を高くすれば最終的に得られる製品
の密度も高くなるので、成形圧を調節することにより密
度が約０.４〜２.３g/cm3（空隙率では約８６〜２０
％）の製品を得ることができる。それ以上低密度の製品
を得るためには、澱粉等の粉末状有機物を成形原料に混
合しておく方法が有効である。混入された粉末状有機物
は、後の加熱工程で焼失し、空隙を残して製品密度を低
下させる。この方法により、密度が約０.１５g/cm3（空
隙率で約９５％）までの低密度製品を得ることができ
る。
を粉末成形法、押出成形法、射出成形法、泥漿鋳込み成
形法等により任意の形状に成形する。水や成形助剤を使
用する必要がなく均一な成形物が得られる点で好ましい
のは粉末成形法である。すなわち、原料混合物を粉末の
まま成形用型に入れ、圧縮して成形する。成形圧を大き
くして成形物の密度を高くすれば最終的に得られる製品
の密度も高くなるので、成形圧を調節することにより密
度が約０.４〜２.３g/cm3（空隙率では約８６〜２０
％）の製品を得ることができる。それ以上低密度の製品
を得るためには、澱粉等の粉末状有機物を成形原料に混
合しておく方法が有効である。混入された粉末状有機物
は、後の加熱工程で焼失し、空隙を残して製品密度を低
下させる。この方法により、密度が約０.１５g/cm3（空
隙率で約９５％）までの低密度製品を得ることができ
る。
【００１８】原料混合物の成形を容易にするための助剤
は、加熱工程におけるホウ酸アルミニウムウィスカー形
成の妨げにならない範囲で用いることは差し支えない
が、本発明の製造法において必須のものではない。
は、加熱工程におけるホウ酸アルミニウムウィスカー形
成の妨げにならない範囲で用いることは差し支えない
が、本発明の製造法において必須のものではない。
【００１９】型から取り出した成形物は、加熱炉に移し
て加熱する。雰囲気は空気でよい。原料化合物として酸
化アルミニウム前駆体や酸化ホウ素前駆体を用いた場合
は、昇温過程においてそれらから酸化物が生じる。酸化
アルミニウムと酸化ホウ素から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホ
ウ酸アルミニウムの針状結晶を生じさせるのに必要な温
度は、約１１００℃〜１４００℃である（これよりも低
い温度では２Ａl2Ｏ3・Ｂ2Ｏ3質のものが形成される）。
て加熱する。雰囲気は空気でよい。原料化合物として酸
化アルミニウム前駆体や酸化ホウ素前駆体を用いた場合
は、昇温過程においてそれらから酸化物が生じる。酸化
アルミニウムと酸化ホウ素から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホ
ウ酸アルミニウムの針状結晶を生じさせるのに必要な温
度は、約１１００℃〜１４００℃である（これよりも低
い温度では２Ａl2Ｏ3・Ｂ2Ｏ3質のものが形成される）。
【００２０】助剤の存在下に成形物中で酸化アルミニウ
ムと酸化ホウ素からホウ酸アルミニウムのウィスカーが
生じるとき、結晶成長の起点は原料化合物成形物中に均
一に分布し、かつ成長方向は三次元的にまったくランダ
ムである。緻密な成形物中でウィスカーの成長が進行す
るため、成長中のウィスカーは同様に成長しつつある他
のウィスカーと接触し、接触点では双方のウィスカーに
共有されるホウ酸アルミニウムが生成する。これによ
り、別に結合剤を加えておかなくてもウィスカー同士の
強固な結合が生じ、多孔質の成形体が形成される。
ムと酸化ホウ素からホウ酸アルミニウムのウィスカーが
生じるとき、結晶成長の起点は原料化合物成形物中に均
一に分布し、かつ成長方向は三次元的にまったくランダ
ムである。緻密な成形物中でウィスカーの成長が進行す
るため、成長中のウィスカーは同様に成長しつつある他
のウィスカーと接触し、接触点では双方のウィスカーに
共有されるホウ酸アルミニウムが生成する。これによ
り、別に結合剤を加えておかなくてもウィスカー同士の
強固な結合が生じ、多孔質の成形体が形成される。
【００２１】なお、原料混合物に助剤を配合しなかった
場合でもウィスカー様の針状結晶は形成されるが、アス
ペクト比が１０未満の短いものとなる。
場合でもウィスカー様の針状結晶は形成されるが、アス
ペクト比が１０未満の短いものとなる。
【００２２】針状結晶をウィスカー状に成長させるのに
関与した助剤は、酸化物の形で、大部分がウィスカーの
表層部に分布するように思われる。
関与した助剤は、酸化物の形で、大部分がウィスカーの
表層部に分布するように思われる。
【００２３】ホウ酸アルミニウムのウィスカーを形成す
る反応が終わった後に残った過剰の酸化ホウ素は、さら
に加熱を続けてそれを気化させるか、熱水で洗浄して溶
解させる方法により、すべて除去することができる。
る反応が終わった後に残った過剰の酸化ホウ素は、さら
に加熱を続けてそれを気化させるか、熱水で洗浄して溶
解させる方法により、すべて除去することができる。
【００２４】以上により、９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3のウィス
カーからなる多孔質無機材料が得られる。製品は加熱前
の原料成形物と実質的に同一の形状のものであり、構造
変化にともなう収縮は、大きくても１０％程度にとどま
る。加熱前成形物の密度と過剰の酸化ホウ素の量によっ
て決まる微細な連通空隙が製品中に残り、該空隙の体積
は、通常、製品体積の２０〜９５％である。その結果、
製品の密度は０.１５〜２.３g/cm3程度となる。
カーからなる多孔質無機材料が得られる。製品は加熱前
の原料成形物と実質的に同一の形状のものであり、構造
変化にともなう収縮は、大きくても１０％程度にとどま
る。加熱前成形物の密度と過剰の酸化ホウ素の量によっ
て決まる微細な連通空隙が製品中に残り、該空隙の体積
は、通常、製品体積の２０〜９５％である。その結果、
製品の密度は０.１５〜２.３g/cm3程度となる。
【００２５】この多孔質無機材料は、製造工程で原料混
合物に与えられた形状のまま、あるいは適宜切削加工を
施して、任意の用途に利用することができる。たとえ
ば、９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカ
ーの優れた耐熱性および耐食性、ならびにウィスカーが
結合剤によらずにその構成物質を共有することにより結
合していることに基づく高強度を生かして、各種複合材
料製造用プリフォーム、高温用の構造材、断熱材、濾材
等に広く使用することができる。
合物に与えられた形状のまま、あるいは適宜切削加工を
施して、任意の用途に利用することができる。たとえ
ば、９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカ
ーの優れた耐熱性および耐食性、ならびにウィスカーが
結合剤によらずにその構成物質を共有することにより結
合していることに基づく高強度を生かして、各種複合材
料製造用プリフォーム、高温用の構造材、断熱材、濾材
等に広く使用することができる。
【００２６】
【実施例】以下、実施例を示して本発明を説明する。な
お、各例において「部」は重量部を意味する。
お、各例において「部」は重量部を意味する。
【００２７】実施例１ 水酸化アルミニウム７１.２部およびホウ酸２８.２部に
助剤としてシリカ０.６部を混合して、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3
（モル比）＝２.０の原料混合物を調製した。次いでそ
れをダイスに充填して密度０.３５g/cm3の成形物にした
のち、電気炉に入れて１４００℃に６時間加熱した。そ
の後、熱水で洗浄して残留する酸化ホウ素を除去した。
助剤としてシリカ０.６部を混合して、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3
（モル比）＝２.０の原料混合物を調製した。次いでそ
れをダイスに充填して密度０.３５g/cm3の成形物にした
のち、電気炉に入れて１４００℃に６時間加熱した。そ
の後、熱水で洗浄して残留する酸化ホウ素を除去した。
【００２８】平均直径０.４μm、平均長さ１０μmの９
Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材料
が得られ、その密度は０.５１g/cm3、圧縮強度は７５kgf
/cm2であった。
Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材料
が得られ、その密度は０.５１g/cm3、圧縮強度は７５kgf
/cm2であった。
【００２９】実施例２ 水酸化アルミニウム７０.５部およびホウ酸２７.７部に
助剤としてシリカ０.７部および鉄粉０.９部を混合し
て、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3＝２.０の原料混合物を調製した。
次いでそれをダイスに充填して密度０.３６g/cm3の成形
物にしたのち、電気炉に入れて１４００℃に６時間加熱
した。その後、熱水で洗浄して残留する酸化ホウ素を除
去した。
助剤としてシリカ０.７部および鉄粉０.９部を混合し
て、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3＝２.０の原料混合物を調製した。
次いでそれをダイスに充填して密度０.３６g/cm3の成形
物にしたのち、電気炉に入れて１４００℃に６時間加熱
した。その後、熱水で洗浄して残留する酸化ホウ素を除
去した。
【００３０】平均直径０.８μm、長さ１０〜２０μmの
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材
料が得られ、その密度は０.４８g/cm3、圧縮強度は８２
kgf/cm2であった。
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材
料が得られ、その密度は０.４８g/cm3、圧縮強度は８２
kgf/cm2であった。
【００３１】実施例３ 水酸化アルミニウム６８.９部およびホウ酸２７.３部に
助剤としてシリカ０.７部、鉄粉０.９部および酸化バナ
ジウム２.２部を混合して、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3＝２.０の
原料混合物を調製した。次いでそれをダイスに充填して
密度０.３５g/cm3の成形物にしたのち、電気炉に入れて
１４００℃に６時間加熱した。その後、熱水で洗浄して
残留する酸化ホウ素を除去した。
助剤としてシリカ０.７部、鉄粉０.９部および酸化バナ
ジウム２.２部を混合して、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3＝２.０の
原料混合物を調製した。次いでそれをダイスに充填して
密度０.３５g/cm3の成形物にしたのち、電気炉に入れて
１４００℃に６時間加熱した。その後、熱水で洗浄して
残留する酸化ホウ素を除去した。
【００３２】平均直径０.８μm、長さ１０〜２０μmの
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材
料が得られ、その密度は０.５０g/cm3、圧縮強度は９２
kgf/cm2であった。図１はこの材料の電子顕微鏡写真で
ある。
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材
料が得られ、その密度は０.５０g/cm3、圧縮強度は９２
kgf/cm2であった。図１はこの材料の電子顕微鏡写真で
ある。
【００３３】実施例４ 水酸化アルミニウム６９.５部およびホウ酸２７.３部に
助剤としてシリカ０.７部および酸化鉄２.３部を混合し
て、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3＝２.０の原料混合物を調製した。
次いでそれをダイスに充填して密度０.３５g/cm3の成形
物にしたのち、電気炉に入れて１４００℃に６時間加熱
した。その後、熱水で洗浄して残留する酸化ホウ素を除
去した。
助剤としてシリカ０.７部および酸化鉄２.３部を混合し
て、Ａl2Ｏ3／Ｂ2Ｏ3＝２.０の原料混合物を調製した。
次いでそれをダイスに充填して密度０.３５g/cm3の成形
物にしたのち、電気炉に入れて１４００℃に６時間加熱
した。その後、熱水で洗浄して残留する酸化ホウ素を除
去した。
【００３４】平均直径０.８μm、長さ１０〜２０μmの
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材
料が得られ、その密度は０.４８g/cm3、圧縮強度は８５
kgf/cm2であった。
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ウィスカーからなる多孔質無機材
料が得られ、その密度は０.４８g/cm3、圧縮強度は８５
kgf/cm2であった。
【００３５】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば安価な原
料化合物の混合物を成形して加熱、反応させるだけで、
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカーか
らなる多孔質無機材料を得ることができる。したがっ
て、ウィスカーを脱水成形して成形する場合のように高
価なウィスカーを使用する必要がなく、また成形工程で
ウィスカーが飛散、不均一分布、配向等することに基づ
く種々の不都合も一切解消される。
料化合物の混合物を成形して加熱、反応させるだけで、
９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウムウィスカーか
らなる多孔質無機材料を得ることができる。したがっ
て、ウィスカーを脱水成形して成形する場合のように高
価なウィスカーを使用する必要がなく、また成形工程で
ウィスカーが飛散、不均一分布、配向等することに基づ
く種々の不都合も一切解消される。
【００３６】原料混合物を乾式成形する場合、成形圧を
変えるだけで製品密度を変えることができるので、用途
に応じて製品密度を変えることも容易であり、変更可能
な密度範囲も広い。
変えるだけで製品密度を変えることができるので、用途
に応じて製品密度を変えることも容易であり、変更可能
な密度範囲も広い。
【００３７】結合剤に依存していない製品は、結合剤の
物理的化学的性質に影響されることなくホウ酸アルミニ
ウムウィスカーの特性を高度に発揮するものであり、強
度、耐熱性、耐酸化性等に優れ且つそれらの特性の均一
性にも優れている。
物理的化学的性質に影響されることなくホウ酸アルミニ
ウムウィスカーの特性を高度に発揮するものであり、強
度、耐熱性、耐酸化性等に優れ且つそれらの特性の均一
性にも優れている。
【図１】 実施例３による多孔質無機材料の走査電子顕
微鏡写真（倍率１５００倍）である。
微鏡写真（倍率１５００倍）である。
Claims (7)
- 【請求項１】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
の粉末と、酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化
ホウ素を生成するホウ素化合物の粉末とを均一に混合
し、得られた混合物を成形し、次いで加熱してアルミニ
ウム化合物とホウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーを生成させて多孔質無機材
料を製造するに当たり、上記ホウ酸アルミニウムウィス
カーの成長を促進する作用を有する助剤（酸化ニッケ
ル、ニッケル、および空気中で加熱されると酸化ニッケ
ルを生成するニッケル化合物を除く）を原料混合物に配
合することによりアスペクト比１０以上のウィスカーを
生成させることを特徴とする多孔質無機材料の製造法。 - 【請求項２】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
の粉末と、酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化
ホウ素を生成するホウ素化合物の粉末とを均一に混合
し、得られた混合物を成形し、次いで加熱してアルミニ
ウム化合物とホウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーを生成させて多孔質無機材
料を製造するに当たり、上記ホウ酸アルミニウムウィス
カーの成長を促進するための助剤として、酸化鉄、鉄
粉、空気中で加熱されると酸化鉄を生成する鉄化合物、
酸化バナジウム、空気中で加熱されると酸化バナジウム
を生成するバナジウム化合物、およびシリカからなる群
から選ばれた金属または化合物１種以上を原料混合物に
配合することを特徴とする多孔質無機材料の製造法。 - 【請求項３】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
の粉末と、酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化
ホウ素を生成するホウ素化合物の粉末とを均一に混合
し、得られた混合物を成形し、次いで加熱してアルミニ
ウム化合物とホウ素化合物から９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーを生成させて多孔質無機材
料を製造するに当たり、上記ホウ酸アルミニウムウィス
カーの成長を促進するための助剤として、シリカと鉄粉
の混合物、シリカと酸化鉄の混合物、またはシリカ、鉄
粉および酸化バナジウムの混合物を原料混合物に配合す
ることを特徴とする多孔質無機材料の製造法。 - 【請求項４】 酸化アルミニウムに対して（空気中で加
熱されると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化
合物を用いた場合はその酸化アルミニウム換算量に対し
て）０.１〜１０重量％の助剤を使用する請求項１〜請
求項３記載の多孔質無機材料の製造法。 - 【請求項５】 ９Ａl2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3質ホウ酸アルミニウ
ムウィスカーを生成させるための成形物の加熱処理を１
１００〜１４００℃で行う請求項１〜請求項４のいずれ
かに記載の多孔質無機材料の製造法。 - 【請求項６】 酸化アルミニウムまたは空気中で加熱さ
れると酸化アルミニウムを生成するアルミニウム化合物
と、酸化ホウ素または空気中で加熱されると酸化ホウ素
を生成するホウ素化合物とを、Ａl2Ｏ3：Ｂ2Ｏ3のモル
比が９：２ないし９：６となる比率で用いる請求項１〜
請求項５のいずれかに記載の多孔質無機材料の製造法。 - 【請求項７】 加熱してアルミニウム化合物とホウ素化
合物からホウ酸アルミニウムのウィスカーを生成させた
のち高温加熱または熱水洗浄により過剰のホウ素化合物
を除去する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の多孔
質無機材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2194997A JPH10203879A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 多孔質無機材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2194997A JPH10203879A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 多孔質無機材料の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10203879A true JPH10203879A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=12069324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2194997A Pending JPH10203879A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 多孔質無機材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10203879A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117654462A (zh) * | 2022-08-30 | 2024-03-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种α氧化铝载体及其与银催化剂的制备方法 |
| CN119285336A (zh) * | 2024-12-12 | 2025-01-10 | 淄博雷法耐火材料有限公司 | 一种高纯刚玉质耐火砖及其制作工艺 |
-
1997
- 1997-01-22 JP JP2194997A patent/JPH10203879A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117654462A (zh) * | 2022-08-30 | 2024-03-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种α氧化铝载体及其与银催化剂的制备方法 |
| CN119285336A (zh) * | 2024-12-12 | 2025-01-10 | 淄博雷法耐火材料有限公司 | 一种高纯刚玉质耐火砖及其制作工艺 |
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