JPS63139099A - 六チタン酸アルカリウィスカーの製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複合材料の補強材として利用する。

本発明は六チタン酸カリウムウィスカー、六チタン酸ナ
トリウムウィスカー、その他人チタン酸アルカリウィス
カー、およびこれらの混合物およびその製造方法に関す
る。

ここでウィスカーとは針状結晶であって、そのアスペク
ト比が１０以上のものをいう。

〔従来の技術〕

近年、技術の高度化は飛躍的に進行して新材料とじての
複合材が種々開発されている。軽くて高強度、高弾性、
耐摩耗性等、配合される補強材も多種多様化されている
なかで、チタン酸アルカリ繊維、特にウィスカー状の繊
維が、その物性に着目されつつある。

チタン酸アルカリでそのまま合成してウィスカー状にな
るものとしては、ニチタン酸アルカリおよび四チタン酸
アルカリが知られている。これまで六チタン酸アルカリ
のウィスカーは直接製造することができず、四チタン酸
アルカリまたはニチタン酸アルカリからアルカリを溶脱
して製造される。

四チタン酸アルカリウィスカーでも補強材としての効果
は発揮できるものの、使用状態でアルカリが溶脱しやす
いため、水系での使用やアルカリを好まない材料への配
合ができなかった。そのため、化学的に安定な六チタン
酸アルカリウィスカーが有利である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

六チタン酸アルカリを直接合成すると、特開昭５３−２
８１００号公報に示されるように温度コントロールを厳
密に行うことが必要であり、六チタン酸アルカリと同時
に四チタン酸アルカリや、ニチタン酸アルカリも生成さ
れてしまい、完全なものが得にくかった。完全なものを
得る方法として従来、特開昭５３−２６２９８号公報、
特開昭６０−３４６１７号公報、特開昭６０−５１６１
５号公報に開示された技術では、繊維状として得られた
ニチタン酸アルカリ、あるいは四チタン酸アルカリを水
もしくは希酸水溶液でアルカリを溶脱し、その組成を六
チタン酸アルカリと同程度にした後に、再び数百度の温
度で焼成する方法であるから、加熱−水洗−加熱の三重
の工程をとるため、必然的に高価なものになり、工業的
な普及が遅れていた。

本発明はこのように三重の工程を経ずに、直接に完全な
六チタン酸アルカリウィスカーを合成する方法を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明の第一の発明は製造方法であって、ウィスカー状
に生成されたニチタン酸アルカリあるいは四チタン酸ア
ルカリにガラス形成酸化物を混合して混合物を作る工程
と、この混合物をそのときの形成されるガラスが溶融す
る温度であって六チタン酸アルカリの溶融温度を越えな
い焼成温度で焼成する工程を備えたことを特徴とする。

本発明の第二の発明は、ガラス質で表面が覆われた六チ
タン酸アルカリウィスカーである。

〔作用〕

ニチタン酸アルカリあるいは四チタン酸アルカリのウィ
スカーを先行して合成し、ついで六チタン酸アルカリと
するだめの余剰のアルカリをガラス形成酸化物を添加混
合することにより、アルカリ含有ガラス相を生成させ、
ウィスカ一本体を六チタン酸アルカリにする。アルカリ
とガラス形成酸化物は高温で非常に結合しやすく、ウィ
スカー表面にまぶされたガラス形成酸化物は加熱により
、アルカリを吸収してウィスカー表面にアルカリ含有ガ
ラスとしてコーティングされる。反応式を代表的なケイ
酸の場合で示すと、 →Ｒｚ　Ｔ１６０　＋□＋　　　ＲｚＳｉｚＯｓ３　Ｒ
ｚ　　ＴｉｚＯｓ　　”　４　Ｓｉ　　Ｏ□→Ｒｚ　　
Ｔｉｉ、Ｏ＋３＋２　ＲＺ　　５ｉｚｅｓ（Ｒはアルカ
リ金属） である。

このときの温度はアルカリ含有ガラスが溶融する温度で
、かつ六チタン酸アルカリが溶融しない温度であり、な
るべく高く設定する。実用的には７００〜１３５０℃が
好ましい。

ウィスカー表面に生成されたアルカリ含有ガラスは補強
材として用いる場合に、ウィスカー表面の硬度が高くな
るので剥離する必要はない。しかし、特にしなやかさ、
あるいは吸着性を求める場合には熱水で洗うことにより
、アルカリ−ケイ酸系ガラス質を剥離することができる
。この場合の？容量液はいわゆる水ガラスとして利用で
きる。

添加混合するガラス形成酸化物とは、代表的なものとし
て、ケイ酸、ホウ酸、リン酸等であり、天然の物質とし
ては、粘土、石英、長石、ホウ砂等がある。また工業製
品では石英、非晶質シリカ、ガラス屑等も使える。また
添加する時点は焼成途中でもよく、あるいは一旦炉外に
出して混合して、再度焼成しても良い。エネルギーコス
トを考慮すれば焼成途中あるいは加熱中の７００〜１３
５０ｃで混合することが効率的である。

また、本来ウィスカーは補強材に使われるものであるか
ら、ガラス形成酸化物を混合して成形し、内部に六チタ
ン酸アルカリを充填したガラス焼結体を直接製造するこ
とも可能とするものである。

〔実施例〕

実施例（１） 粉末状に焼成して得られた長さ８０μｍのニチタン酸カ
リウムあるいは四チタン酸カリウムのウィスカーと石英
粉末あるいは酸化ホウ素を常温でヘンシェルミキサーで
１分間混合し、これを１１００’Ｃで３０分焼成した。

その結果を表に示す。いずれもウィスカー表面がケイ酸
カリウムガラスあるいはホウ酸カリウムガラスで覆われ
た六チタン酸カリウムウィスカーを得た。

図にこの生成物の顕微鏡観察スケッチを示す。

実施例（２） 粉末状の四チタン酸カリウムを１１００℃、２０ｋｇ／
Ｈｒで焼成しているロータリーキルンの中程に４．３ｋ
ｇ／Ｈｒの速度でガラス屑粉末をチューブで送り、焼成
中の四チタン酸カリウムに添加し、そのまま１１００℃
で焼成した。その結果長さ８０μｍのケイ酸力゛ノウム
ガラスで覆われたウィスカーを得た。これをＸ線回折で
結晶を同定したところ六チタン酸カリウムであった。

また、同条件下で、焼成中の四チタン酸カリウムに、カ
オリン粉末を４．８　ｋｇ／ｌ（ｒの速度で送り、アル
ミノケイ酸カリウムガラスで覆われた六チタン酸カリウ
ムウィスカーを得た。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば六チタン酸アルカ
リウィスカーを簡単な工程で直接に製造することができ
るから、工業的な利用価値が著しく向上する。特に、混
合物を作る工程を焼成温度または焼成中の工程で行う場
合には、エネルギーの利用効率が高く工業的に有利であ
る。

また、ガラス質で表面が覆われた六チタン酸アルカリウ
ィスカーは、本発明の製造方法による生成物であるが、
この形態は新規なものであり、これをこのままの形態で
ガラス質と調和する各種の機械部材、建築用材、電気材
料、その他物質の補強材として利用するときにきわめて
有用である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明実施例穴チタン酸アルカリウ、イスカーの顕
微鏡観察スケッチ。 ′１７１．・

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウィスカー状に生成された二チタン酸アルカリあ
   るいは四チタン酸アルカリにガラス形成酸化物を混合し
   て混合物を作る工程と、 この混合物をガラス相が溶融する温度であって六チタン
   酸アルカリの溶融温度を越えない焼成温度で焼成する工
   程と を含む六チタン酸アルカリウィスカーの製造方法。
2. （２）混合物を作る工程は、常温で行う特許請求の範囲
   第（１）項に記載の六チタン酸アルカリウィスカーの製
   造方法。
3. （３）混合物を得る工程は、焼成温度以下の加熱状態で
   行う特許請求の範囲第（１）項に記載の六チタン酸アル
   カリウィスカーの製造方法。
4. （４）焼成温度は７００〜１３５０℃の範囲に選ばれる
   特許請求の範囲第（１）項に記載の六チタン酸アルカリ
   ウィスカーの製造方法。
5. （５）ガラス質で表面が覆われた六チタン酸アルカリウ
   ィスカー。