JPH1179730A - β−スポジューメン超微粒子の製造方法 - Google Patents

β−スポジューメン超微粒子の製造方法

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JPH1179730A
JPH1179730A JP23569197A JP23569197A JPH1179730A JP H1179730 A JPH1179730 A JP H1179730A JP 23569197 A JP23569197 A JP 23569197A JP 23569197 A JP23569197 A JP 23569197A JP H1179730 A JPH1179730 A JP H1179730A
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JP
Japan
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spodumene
pulverizer
pulverizing
superfine
firing
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JP23569197A
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Chiharu Wada
千春 和田
Makoto Katagiri
誠 片桐
Makoto Sakamaki
誠 酒巻
Norihiko Misaki
紀彦 三崎
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Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
Chichibu Onoda Cement Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉砕時間をより短縮化すると共に、ボールミ
ルのような粉砕エネルギの小さい簡便な装置によって
も、スポジューメンの超微粒子を容易に製造し得る方法
の提供。 【解決手段】 α-スポジューメンを1000〜1300℃で焼
成し相転移させて得られたβ-スポジューメンを粉砕す
るβ-スポジューメン超微粒子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の温度でα-
スポジューメンを焼成して得たβ-スポジューメンを粉
砕することにより、β-スポジューメン超微粒子を容易
にかつ短時間で製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウムアルミノケイ酸塩として知られ
るスポジューメンは、セラミックス材料として有用であ
り、天然には低温安定相であるα-スポジューメンとし
て産し、これを数百μm程度の平均粒径に粉砕・解砕し
たものが市販されている。
【0003】スポジューメンのような粗粒を工業的に粉
砕する場合、数μm程度までの粉砕であればボールミル
によるのが最も簡便である。しかし、更に粉砕を行いよ
り微細な粒子にするには、ボールミルではあまりにも時
間を要し現実的でない。一方、1μm以下の超微粒子を
製造できる粉砕機としてアトライター方式の装置が各種
市販されている。これらはミル容器内に大量に充填され
た小径メディアを翼状、螺旋状、ディスク状などのシャ
フトを高速回転させることでメディアを強制的に回転さ
せ、その際の強力なせん断エネルギーでスラリーとして
供給される被粉砕物を微粉砕するものである。
【0004】しかし、これらの装置では、目標とする粉
砕粒径によって使用するメディア径や出発原料粒径が規
制される。例えば、目標粒径が数μmならばメディア径
はφ1〜3mmで出発原料の平均粒径は10μm程度、1μ
m以下のいわゆる超微粒子が目標ならばメディア径はφ
0.1〜0.5mm程度で出発原料の平均粒径は5μm以下とさ
れるのが一般的である。
【0005】このように出発原料粒径に制約があるの
は、超微粒子まで粉砕すべくメディア径を小さくする
と、粗粒を粉砕するには局所的な粉砕エネルギーが不足
するためであり、また、それ以前の問題として小径メデ
ィアと粉砕物のスラリーを分離するためのギャップが極
めて狭く、粗粒を循環させることが物理的に不可能とい
う構造的な問題があるためである。従って、これらの装
置を用いて粗粒から微粒子を得るには、まず前段として
の10μm程度の予備粉砕が必要となり、スポジューメン
のように出発原料が粗いものほどその手間は膨大とな
る。
【0006】他の方法として、乾式粉砕機と分級機を併
用して、微粒子のみを分級する方法も挙げられるが、1
μm以下の超微粒子の製造を目的とするには量産面で適
さず、また設備費の問題も生じる。
【0007】このように、スポジューメンのような粗粒
を高度に微粉砕するには、各段階において別々の粉砕機
や粉砕メディアが必要となるか、または分級機が必要と
なり、多大な人件費や設備費を要することになる。従っ
て、スポジューメンをより容易に、すなわち、より少な
い設備で、より短時間で微粉砕し得る方法が求められて
いる。
【0008】そこで、スポジューメンのより容易な粉砕
方法として、本発明者らは、α-スポジューメンをβ-ス
ポジューメンに転移させてから粉砕を行うことにより短
時間で細かく粉砕できることを見出し、特許出願した
(特開平7-148445号公報)。
【0009】この方法は、スポジューメンがα相からβ
相へ転移する際に、粉体の理論密度が3.174g/cm2から2.
377g/cm2へと大きく変化(体積膨張)することに着目し
たもので、この変化によりスポジューメンの結晶や粒子
の内部には歪みが発生し、マイクロクラックが生じるこ
とを利用し、β-スポジューメンの粉砕を容易にするも
のであり、粉砕時間の短縮化、粉砕工程の簡略化が可能
である。マイクロクラックの発生によりβ-スポジュー
メンは易粉砕性となり、粉砕装置の種類にもよるが、20
分程度で3〜10μm、40分程度で3〜5μmの微粒子が
得られ、従来に比し極めて短時間での粉砕が可能になっ
た。
【0010】特に最近では、スポジューメンは、これを
セラミックス材料として用いて得られる焼結体の特性面
から、より微細なものも求められつつあり、上記方法で
は1μm以下の超微粒子も従来に比べて短時間かつ簡略
に製造可能となるため、工業上極めて有用な技術であ
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
最近の傾向に鑑みれば、より一層、時間的・設備的に少
ない負担でスポジューメンを超微粒子に粉砕し得る条件
の探索が望まれる。
【0012】すなわち本発明は、粉砕時間をより短縮化
すると共に、アトライターやアニュラー型ミルのように
特殊な微粉砕装置を用いた場合は勿論のこと、ボールミ
ルのような粉砕エネルギの小さい簡便な装置を用いた場
合でも、これらでは通常製造困難とされているスポジュ
ーメン超微粒子を容易に得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】かかる実情において本発
明者らは鋭意研究を重ねた結果、ある特定の温度範囲で
焼成してα-スポジューメンをβ相に転移せしめた場合
には、前述したマイクロクラックに加え、これよりも遥
かに微視的なレベルでクラックの前駆現象が生じること
を見出した。驚くべきことにその前駆現象は、0.5μm
前後のサイズで生じており、明確な亀裂ではないが一種
の結晶粒界が生成し、α-スポジューメンがあたかも0.5
μm前後のβ-スポジューメンの多結晶体的構造に変化
することが明らかとなった。本発明者らはかかる知見に
基づいて更に研究を進め、本発明を完成するに至ったも
のである。
【0014】すなわち本発明は、α-スポジューメンを1
000〜1300℃で焼成し相転移させて得られたβ-スポジュ
ーメンを粉砕することを特徴とするβ-スポジューメン
超微粒子の製造方法を提供するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明方法における焼成温度は、
1000〜1300℃の範囲であるが、特に1100〜1250℃の範囲
が好ましい。焼成温度が1000℃未満では上記の微細な結
晶粒界亀裂の発生が少なく、また1300℃を超えるとスポ
ジューメンの融点に近付くことから粒界が閉塞する傾向
が認められるようになる。
【0016】焼成後の粉砕方法としては特に限定されな
いが、湿式粉砕によるのが好ましく、粉砕機はボールミ
ル等の微粉砕機、アトライター、アニュラー型ミル等の
超微粉砕機など、種々の方式のものを使用することがで
きる。
【0017】上記温度範囲における焼成により生じた結
晶粒界は、約0.5μm前後と非常に微細であるため、ア
トライター等の超粉砕機を用いずとも、従来超微粉砕は
極めて困難とされていたボールミルのような簡便な装置
(微粉砕機)のみによっても、ごく容易に1μm以下の
超微粒子とすることができる。
【0018】また、アトライター、アニュラー型ミルの
ような超粉砕機を用いればより短時間で微粒子化が可能
であるが、この際、予めボールミルなどの微粉砕機を用
いてごく短時間予備粉砕した後にアトライター等の超微
粉砕機で粉砕を行えば、粉砕物の詰まりを防止できると
共に、粉砕時間をより短縮することができる。
【0019】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0020】実施例1 天然のα-スポジューメン粉末(平均粒径:200μm)
を、5℃/分で1150℃まで昇温し、この温度で1時間焼
成した後、徐冷してβ-スポジューメンを得た。図1に
焼成前のα-スポジューメンの走査型電子顕微鏡(SEM)
写真(×3,500)を、図2及び3に焼成後のβ-スポジュ
ーメンのSEM写真(図2は×3,500、図3は×30,000)を
示す。図2からβ-スポジューメンにはα-スポジューメ
ンにないマイクロクラックの発生が確認できるが、図3
では更に約0.5μmサイズの結晶粒界が極めて明白に確
認でき、一部はこの結晶粒界に沿って亀裂が生じてい
る。次いで、このβ-スポジューメン粉末をボールミル
により湿式粉砕した。粉砕条件は、ミル容積:400リッ
トル、ミル回転数:100rpm、メディア:φ5mmのアルミ
ナボール400kg、上記β-スポジューメン粗粒100kgに水1
00kgを加えてスラリー濃度50%とした。この結果を表1
に示すが、粉砕時間72時間でのβ-スポジューメンの平
均粒径は驚くべきことに0.42μmであり、従来からは予
想できないほど粉砕が進んでいた。粉砕後のβ-スポジ
ューメンのSEM写真を図4に示すが、その平均粒径は図
3の結晶粒界サイズとほぼ同等であり、この結晶粒界の
寄与で本実施例の超微粒子が得られたことがわかる。
【0021】実施例2及び3 焼成温度を1000℃(実施例2)及び1300℃(実施例3)
とした以外は、実施例1と同様に焼成及び粉砕処理を行
い、得られたβ-スポジューメン微粒子の平均粒径を測
定した。この結果を表1に示すが実施例1同様、良好な
結果が得られた。
【0022】実施例4 実施例1と同様の条件で、ボールミル粉砕を1時間行
い、次いで粉砕スラリー200kgから40kgを取り出し、ア
トライター(コトブキ技研工業株式会社製:アペックス
ミルAM10)により湿式粉砕した。粉砕条件は、ポット容
積:10リットル、シャフト回転数:800rpm、メディア:
φ1mm径のZrO2ボール35kgとし、粉砕時間は60分とし
た。粉砕後の平均粒径を測定した結果を表1に示すが、
このものは詰まりなどのトラブルは一切無く、極めて短
時間で超微粒子が得られた。
【0023】実施例5及び6 焼成温度を1000℃(実施例5)及び1300℃(実施例6)
とした以外は、実施例4と同様に焼成及び粉砕処理を行
い、得られたβ-スポジューメン微粒子の平均粒径を測
定した。この結果を表1に示すが実施例4同様、良好な
結果が得られた。
【0024】比較例1〜3 焼成を行わない(比較例1)、焼成温度を900℃とする
(比較例2)、焼成温度を1400℃とする(比較例3)以
外は、実施例1〜3と同様に処理し、平均粒径を測定し
た。この結果を表1に示すが、いずれも実施例1〜3に
比し平均粒径は大きかった。なお、900℃の結果は結晶
粒界亀裂が少ないことによるものであり、1400℃の結果
は融点に近いためスポジューメンが軟化し亀裂が閉塞し
たことによるものと考えられる。
【0025】比較例4及び5 焼成温度を900℃(比較例4)、1400℃(比較例5)と
した以外は、実施例4〜6と同様にして粉砕し、平均粒
径を測定した。この結果を表1に示すが、いずれも実施
例4〜6に比し平均粒径は大きかった。
【0026】実施例7 ボールミルによる予備粉砕を行わなかった以外は、実施
例4と同様に焼成・粉砕処理を行い、平均粒径を測定し
た。この結果を表1に示すが、予備粉砕を行わないにも
かかわらず、予備粉砕を行った比較例4及び5に比し更
に微細な粒子が得られている。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明方法によれば、アトライターやア
ニュラー型ミルのように特殊な微粉砕装置を用いた場合
は勿論、ボールミルのような粉砕エネルギの小さい簡便
な装置を用いた場合でも、スポジューメン超微粒子を、
容易に、かつ短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】焼成前のα-スポジューメンのSEM写真(×3,50
0)である。
【図2】1150℃で焼成後のβ-スポジューメンのSEM写真
(×3,500)である。
【図3】1150℃で焼成後のβ-スポジューメンのSEM写真
(×30,000)である。
【図4】1150℃で焼成後のβ-スポジューメンをボール
ミルで粉砕して得られた超微粒子のSEM写真(×30,00
0)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三崎 紀彦 山口県小野田市大字小野田6276番地 秩父 小野田株式会社中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 α-スポジューメンを1000〜1300℃で焼
    成し相転移させて得られたβ-スポジューメンを粉砕す
    ることを特徴とするβ-スポジューメン超微粒子の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 焼成温度が1100〜1250℃である請求項1
    記載のβ-スポジューメン超微粒子の製造方法。
  3. 【請求項3】 粉砕機として微粉砕機のみを用いるもの
    である請求項1又は2記載のβ-スポジューメン超微粒
    子の製造方法。
  4. 【請求項4】 微粉砕機を用いて予備粉砕した後に超微
    粉砕機を用いて粉砕を行うものである請求項1又は2記
    載のβ-スポジューメン超微粒子の製造方法。
JP23569197A 1997-09-01 1997-09-01 β−スポジューメン超微粒子の製造方法 Withdrawn JPH1179730A (ja)

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