JPS59232964A

JPS59232964A - マイカ複合セラミツクスの製造法

Info

Publication number: JPS59232964A
Application number: JP58106937A
Authority: JP
Inventors: 村上　忠「き」
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1984-12-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電気機器の絶縁部材、支持部材、絶縁度覆膜な
どに使用しつる耐熱性、不燃性、電気絶縁性、強度に優
れた無機質充填粉末および（または）マイカ粉末を複合
するマイカ複合セラミックスの製造法に関する。

酸化亜鉛とホウ酸とからなる組成物および無機質充填粉
末および（または）マイカ粉末を用いた複合材料の製造
法が特公昭５４−７３５９号公報、同５４−７３６０号
公報に開示されている。

それによると酸化亜鉛とホウ酸とからなる組成物を結合
剤として、無機質充填粉末および（または）マイカ粉末
などを５０〜３００　％／ａｍ２の加圧下、１６０〜２
００°Ｃで加熱して成形体をえたのち、２００〜６００
°０の加熱処理を行なうことにより目的とする複合材料
をうろことができる。

すなわち上記製造法は、成形時の加熱加圧によってホウ
酸を溶融せしめ無機質充填粉末および（または）マイカ
粉末を結着させると同時に結合剤を構成するもう１つの
主成分である酸化亜鉛と反応せしめ含水ホウ酸亜鉛を形
成させたのちさらに加熱処理することによって該含水ホ
ウ酸亜鉛の生成を促進せしめて耐水性、耐熱性に優れた
複合材料をうることを基本とするものである。

しかしながら上記製造法では成形体をうる方法が加熱加
圧成形によるため、熱盤を有する高圧プレスなど特殊な
製造設備を要すること、ならびに製造効率の面で経費が
高くつき材料が安価であるにもかかわらず製品コストが
高いことなどの欠点がある。

また上記製造法の最大の欠点は製品の形状が限定される
ことである。その理由はマイカ粉末などと酸化亜鉛およ
びホウ酸からなる組成物とで構成される成形材料は？Ｒ
Ｐ成形材料などの有機成形材料に比べ加熱加圧時の流動
性に劣るため複雑な形状品をうろことが困難であること
による。そのため一旦えられた板形成品をさらに加工し
て製品にする必要のあるばあいかあり、そうしてえられ
る製品のコストは高くなる。

またマイカ粉末を低融点鉛系ガラスで結着させたマイカ
複合セラミックスが従来知られており、電気絶縁性、強
度、機械加工性などに非常に優れている。

しかしながら上記マイカ複合セラミックスも高温で加熱
加圧成形して所望の形体にするブ四セスで製造されるた
め製造経費が高くなる。

またその耐熱性が使用する低融点ガラスの融点に大きく
左右される結果、マイカ粉末が耐熱性を有する（天然マ
イカ粉末の融点６００〜８００°０１合成マイカ粉末の
融点９００〜１０００°Ｃ）にもかかわらず、前記マイ
カ複合セラミックスの融点は一般的に６００〜５００°
Ｃといわれており耐熱性に劣る。

本発明者らは以上の問題点を解消する目的で鋭意研究を
重ねた結果、酸化亜鉛とホウ酸とから構成される組成物
に、無機質充填粉末および（または）マイカ粉末を添加
し、無機質液体を添加してスラリーとし、所望の形体に
硬化させたのち加熱することを特徴とするマイカ複合セ
ラミックスの製造法が、特に耐熱性、電気絶縁性に陵れ
かつ複雑な形状の製品を製造することができ、従来遭遇
していた問題点を排斥しうるマイカ複合セラミックスの
製造法であることを見出し、本発明を完成するにいたっ
た。

すなわち酸化亜鉛およびホウ酸は加熱加圧条件下だけで
なく水分の存在下においてもまた含水ホウ酸亜鉛を形成
するものと考えた結果、従来法のごとく加熱加圧成形を
行なうことにより所望の形体にするのではなく、酸化亜
鉛とホウ酸とからなる組成物に無機質充填粉末および（
または）マイカ粉末を添加し、無機質液体でスラリーと
し所望の形体にしたのち脱水過程で硬化させ、さらに加
熱する方法によって緻密化された製品をうることができ
るという事実を見出し、本発明を完成した。

酸化亜鉛は純度９９．０％（重量％、以下同様）以上、
平均粒径１μｍ以下のものが本発明に用いられる。

本発明に用いられるホウ酸としては正ホウ酸が好ましい
が無水ホウ酸またはメタホウ酸などを用いてもよい。前
記ホウ酸は純度９９．５％以上、粉砕機などで平均粒径
１０μｍ以下の微粉にされたものが好ましく用いられる
。

酸化亜鉛とホウ酸との組成比率は酸化亜鉛１モルに対し
てホウ酸が０．６６〜６．０７モルである。

酸化亜鉛１モルに対しホウ酸が０．６６モル未満のばあ
いは硬化時にクラックが発生しやすくかつえられる製品
の電気絶縁性が劣り好ましくない。また６、０７モルを
超えると硬化時、加熱時に製品が多孔質になりやすく、
またクラックが発生しやすく耐水性も劣る。

上記組成物に複合せしめるマイカ粉末としては天然マイ
カ粉末、合成マイカ粉末のいずれでも本発明に用いられ
る。また無機質充填粉末としては耐熱性、電気絶縁性に
擾れた金属酸化物などが好適に用いられそれらの平均粒
径は１００μｍ以下が適している。

無機質充填粉末および（または）マイカ粉末の含有量は
、前記組成物との合計量中３０〜７５％の範囲である。

３０％未満のばあいはとくにえられる製品の強度が向上
する効果が顕著でなく、また７５％を超えるばあいは結
着性が劣りえられる製品が多孔質となりやすくなり、い
ずれも好ましくない。

無機質液体としては水またはコロイダルシリカ水溶液が
本発明に用いられる。

水はイオン交換水を用い、コロイダルシリカ水溶液は濃
度２０〜４０％のものをそのまま、または水で希釈して
用いる。

前記無機質液体の添加量は所望の形体に応じて任意に決
める。

たとえばスラリーを金型などを用いて低圧で型造するば
あいには該無機質液体の添加量は少なくてよいが、鋳型
などにスラリーを流込んで所望の形体をうるばあいには
該スラリーに流動性が必要であるため添加量は当然多く
なる。

所望の形体にスラリーを処理したのちの硬化促進は２０
０’Ｏ以下の温度で行なう。初期段階の硬化は少なくと
も常温かまたはｓｏ’ａ以下の温度で行ない脱水硬化を
画り、その後徐々に昇温して硬化促進を行なうことが望
ましい。２００’Ｏ以下の温度で充分取扱いのできる強
度を有する製品かえられるため、それを超える温度は余
り必要ではなく、低い温度でよい硬化を行なう方が緻密
で均一な密度を有する製品かえられやすい。

硬化促進後型などを取除いたのち、硬化体をさらに電気
炉などで加熱することによりマイカ複合セラミックスを
うる。該加熱は９８０　’Ｏまでの範囲の温度で行なわ
れる。

前記加熱による反応形態は不明であるが、酸化亜鉛とホ
ウ酸とは水の存在下で含水ホウ酸亜鉛を形成して硬化し
、２００〜３５０’Ｏに加熱することにより含水ホウ酸
亜鉛の形成がさらに促進され、３５０〜４５０°０の加
熱で含水ホウ酸亜鉛は無水ホウ酸亜鉛に変化し９８０°
Ｃ付近まで安定であると考えられる。９８０°Ｃを超え
る温度ではガラス化し形状変化しにくくなる。

酸化亜鉛とホウ酸とからなる組成物から形成される反応
生成物は耐熱性、電気絶縁性に優れており、かつ耐熱性
、強度、電気絶縁性に優れたマイカとの複合効果により
目的とするマイカ複合セラミックスをうろことができる
が、本発明の方法では加熱温度を選択して用いることに
より用途に応じたマイカ複合セラミックスを製造するこ
とができる。一般に加熱温度が高いほど緻密で電気絶縁
性に優れた製品かえられるが、磁器化し硬くなる傾向が
ある。

本発明の利点としては、マイカ複合セラミックスの製造
法に従来必要とされていた高加圧設備や熱盤および熱源
が不要となることや、流動性を有するスラリーを用いる
ため複雑な形状の製品かえられ製造効率が向上すること
により製品コストが減少すること、および従来法で遭遇
する問題点が排斥しうろことである。

さらにスラリーが流動性、接着性を有するため本発明の
方法をマイカ複合セラミックスを金属または導体の絶縁
被覆膜、酸化防止保護膜などに利用するという従来法で
は行なえなかった技術に適用することができる。

以下実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明するが
本発明はかかる実施例めみに限定されるものではない。

実施例１酸化亜鉛（平均粒径１μｍ以下、純度９９．４％）２６
．６．と正ホウ酸（ヰ均粒径１０μｍ以下、純度９９．
ｎ以上）４０．とを播漬機で３０分間混合し、さらにマ
イカ粉末として合成マイカ粉末（平均粒径４６〜７４μ
ｍ）　４０ｇおよび無機質充填粉末として酸化マグネシ
ウム（平均粒径４６μｍ以下”）　９３．４．を加え６
０分間混合した。

混合を完了したのち、無機質液体としてコロイダルシリ
カ水溶液（濃度２０％）８ｏ、を徐々に滴下、混合する
ことにより流動するスラリーをえた。

かくしてえられたスラリーを高さ３ｏｍｍ、幅１００ｍ
ｍ。

長さ１５０−のプラスチック製容器に流込み常温で１Ｈ
間放置した（ただしプラスチック容器をビニールシート
で包み複数の細孔を設けて徐々に水分の蒸発を行なった
）。さらにその状態のまま５００ａの温度で１日間放置
した。

ついでプラスチック容器から取出し２０°Ｃ／時間の昇
温速度で常温から２００８０まで加熱し２００°Ｏで３
時間保持したのち徐冷した。

ついでえられた硬化体を電気炉に入れ５０ｏａ／時間の
昇温速度で常温から９００°Ｃまで加熱し９００°Ｃで
５時間保持したのち徐冷することによりマイカ複合セラ
ミックスをえた。それはたたくと金属音を発した。

かくしてえられたマイカ複合セラミックスの特性を評価
するため、曲げ強さと電気絶縁抵抗の測定ならびに耐熱
試験を行なった。

曲げ強さの測定は原厚さで幅２０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ
に切断加工したものを支点間１００ｍｍの条件で行なっ
た。

電気絶縁抵抗の測定け：ｒｘｓ　Ｋ　６９１１　（熱硬
化性プラスチックの一般試験法）に準じ、常態時と２５
°０１相対湿度９０％で１００時間放置したのちにおけ
るはあいとを１０００７のポータプルメガ−を使用して
行なった。

耐熱試験は原厚さで幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの寸法品
を７００°Ｃに昇温した電気炉中に投入し１時間加熱し
たのち常態中に取出し外観変化を肉眼観察した。

結果を第１表に示す。

実施例２酸化亜鉛を１００．　、合成マイカ粉末を１０９、無機
質充填粉末として５０．の酸化アルミニウム（平均粒径
４３μｍ以下、α−１ａ２ｏρ、無機質液体として濃度
！ＩＯ％のコ四イダルシリ力水溶液７０９を用いた他は
実施例１と同様にして流動するスラリーをえた。

以下実施例１と同様にして硬化体をえた。

ついで該硬化体を電気炉に入れ５０°０７時間の昇温速
度で常温から７００°Ｃまで加熱し７００°Ｃで５時間
保持したのち徐冷することによりマイカ複合セラミック
スをえた。それはたたくと金属音を発した。

以下実施例１と同様にしてえられたマイカ複合セラミッ
クスの特性評価を行なった。

結果を第１表に示す。

実施例３酸化亜鉛を１５９、正ホウ酸を３５９、マイカ粉末とし
て合成マイカ粉末を１５０．、無機質液体として濃度３
０％のコ四イダルシリ力水溶液１２０．を使用し、無機
質充填粉末は用いなかった他は実施例１と同様にして流
動するスラリーをえた。

以下実施例１と同様にして硬化体をえた。

ついで該硬化体を８００°Ｏまで加熱した他は実施例１
と同様にして加熱処理を行なうことによりマイカ複合セ
ラミックスをえた。それはたたくと金属音を発した。

結果を第１表に示す。

実施例４酸化亜鉛を５０９、正ホウ酸を５０９、マイカ粉末とし
て金雲母粉末（平均粒径５０／１ｆｆ１以下、カナダ産
）を３０７、無機質充填粉末として酸化マグネシウムを
７０７、無機質液体としてイオン交換水を５０ｇ用いた
他は実施例１と同様にして流動するスラリーをえた。

かくしてえられたスラリーを高さ５０ｍｍ、幅１２５−
１長さ１２５ｍｍの金型に入れ常温で６分間約１０ｋｇ
１０ｎ２の圧力で加圧した。

さらに造型に入れたまま５０°０で１日間放置したのち
、２０°Ｃ／時間の昇温速度で２００°Ｏまで加熱し２
００°Ｃで３時間保持したのち徐冷して金型から型造物
を取出した。

ついでその型造物をオートクレーブに入れ１７０〜１８
０■（蒸気圧８〜’ｌ０ｋｙ／ａｍ勺で６時間処理しム
そののち昇温速度５０°Ｃ／時間で常温から６００°Ｃ
まで加熱し６００°Ｃで５時間保持したのち徐冷するこ
とによりマイカ複合セラミックスをえた。それはたたく
と金属音を発した。

結果を第１表に示す。

実施例５酸化亜鉛を６０７、正ホウ酸を６０２、マイカ粉末とし
て合成マイカ粉末を８０７、コ四イダルシリ力水溶液を
５０７使用し、無機質充填粉末は用いなかつた他は実施
例１と同様にして流動するスラリーをえた。

該スラリーの２次粒子をほぐしたのち、加圧力が１５ｋ
ｐ／ａｍ２である他は実施例４と同様にして加圧し、以
下実施例４と同様にして型造物をえた。

かくしてえられた型造物を電気炉に入れ５０°Ｃ／時間
の昇温速度で常温から９００°Ｃまで加熱し９００ｔで
５時間保持したのち徐冷することによりマイカ複合セラ
ミックスをえた。それはたたくと金属音を発した。

結果を第１表に示す。

実施例６酸化亜鉛を８０９、正ホウ酸を２０７、マイカ粉末とし
て合成マイカ粉末を２０２、無機質充填粉末としてジル
コンシリケート粉末（平均粒径４３μｍ以下、ｚｏ０２
・９１％　）を８０ｇ、コロイダルシリカ水溶液を４０
９用いた他は実施例１と同様にして流動するスラリーを
えた。

該スラリーの２次粒子をほぐしたのち、以下実施例４と
同様にして型造物をえた。

かくしてえられた型造物を９８０８０まで昇温させた他
は実施例５と同様にしてマイカ複合セラミックスをえた
。それはたたくと金属音を発した。

結果を第１表に示す。

比較例１酸化亜鉛とホウ酸とを結合剤としてマイカ粉末および無
機質充填粉末を加熱加圧成形する従来法によって公知の
複合材料をえた。

すなわちマイカ粉末２０％、無機質充填粉末４０％、酸
化亜鉛１６％、ホウ酸２４％の組成を有する混合物を２
００２作製した。

マイカ粉末として合成マイカ粉末（平均粒径７４〜１０
０μｍ）、無機質充填粉末として酸化アルミニウム（平
均粒径７４μｍ以下）、酸化亜鉛と正ホウ酸とは実施例
１と同じものをそれぞれ使用した。

加熱加圧成形は２００°Ｏの温度、３００　ｋ、／ａｍ
”の加圧力、２０〜３０分間の条件で実施例４で用いた
のと同じ金型を用いて行ない、金型が５０°Ｃに冷却さ
れたのち型造物を取出した。

かくしてえられた型造物を電気炉に入れ昇温速度５０°
Ｃ／時間で６００°Ｏおよび５００°ａの２種類に加熱
しそれぞれその湿度で３時間保持し徐冷することにより
複合材料をえた。

以下実施例１と同様にして特性評価を行なった。

結果を第１表に示す。

比較例２マイカ粉末と低融点鉛系ガラスとで構成された厚さ５ｍ
ｍ　、色調グレー、比重３．９の板型造物を購入して実
施例１と同様にして特性評価を行なった。

結果を第１表に示す。

第１表に示すごとく比較例１の６００°Ｃ加熱処理品で
は耐熱試験でクラックが発生した。それは酸化亜鉛とホ
ウ酸とから生成した２Ｚｎ０・３Ｂ２０３・３Ｈ２０と
考えられる含水ホウ酸亜鉛が６５０〜４５０°Ｃで分解
するため耐熱試験温度（７００°Ｃ）中に投入すること
により急激な分解が起こるためクラックが発生したもの
と考えられる。一方同じ比較例１の５００°Ｃ加熱処理
品ではすでにβ−ＺｎＯ・Ｂ２Ｏ３が生成しているため
異常は認められなかった。また比較例２では耐熱試験で
膨れを生じ層間に微細なりランクが多数発生した。その
現象は結合剤として使用されている低融点鉛系ガラスの
融点以上の温度に暴露されたばあいに起こるものであり
、比較例２では耐熱試験温度でガラスが溶融し軟らかく
なるためマイカ粉末との結着力が弱まり膨れたものと考
えられる。

曲げ強さおよび電気絶縁抵抗の測定では、本発明の方法
でえられたマイカ複合セラミックスは比較例２の板型造
物よりやや劣る結果を示しているが、実用的レベルから
判断すれば大差ないものと考えられる。

さらに本発明では無機質充填粉末の種類および量を選択
することにより、硬化後の加熱温度をさらに低下させて
も同様にマイカ複合セラミックスをうろことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化亜鉛とホウ酸とから構成される組成物に、無
機質充填粉末および（または）マイカ粉末を添加し、無
機質液体を添加してスラリーとし、所望の形体に硬化さ
せたのち加熱することを特徴とするマイカ複合セラミッ
クスの製造法。
（２）前記組成物が、酸化亜鉛１モルに対してホウ酸０
．３６〜３．０７モルの比率にある特許請求の範囲第（
１）項記載の方法。
（３）無機質充填粉末および（または）マイカ粉末を前
記組成物に該組成物との合計量中６０〜７５重量％にな
るよう添加する特許請求の範囲第（１）項または第（２
）項記載の方法。
（４）前記無機質液体が、水またはコロイダルシリカ水
溶液である特許請求の範囲第（１）項、第（２）項また
は第（３）項記載の方法。
（５）前記スラリーを硬化促進させる温度が２００°０
以下である特許請求の範囲第（１）項または第（４）項
記載の方法。
（６）硬化体をうるための前記加熱が９８０°Ｃまでの
範囲の温度である特許請求の範囲第（１）項、第（２）
項、第（８）項、第（４）項または第（５）項記載の方
法。