JPS63166714A

JPS63166714A - ケイ酸アルミニウムの微粉末の製造方法

Info

Publication number: JPS63166714A
Application number: JP31120086A
Authority: JP
Inventors: Mineo Mizuno; 水野　峰男; Hajime Saito; 肇齋藤; Masanori Shiraishi; 白石　雅徳; Kozo Yamashita; 山下　幸三; Wataru Otake; 大嶽　亘
Original assignee: KYORITSU YOGYO GENRYO KK; S T K CERAMICS KENKYUSHO KK; STK Ceramics Laboratory Corp
Current assignee: KYORITSU YOGYO GENRYO KK; S T K CERAMICS KENKYUSHO KK; STK Ceramics Laboratory Corp
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1988-07-09
Also published as: JPH0569047B2

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】（技術分野）本発明は、ケイ酸アルミニウム微粉末の製造方法に係り
、特に微細な粒径の一次粒子を有し、粉砕の容易なケイ
酸アルミニウム（ムライト）を有利に製造する方法に関
するものである。

（従来技術とその問題点）従来から、微細なケイ酸アルミニウム（ムライト）粉末
を焼結して得られる焼結体は、耐高温特性、耐クリープ
性、耐食性等に優れたセラミックスとして多用されてい
るが、更に近年になって、高純度で微細なケイ酸アルミ
ニウム粉末を用いて得られた焼結体が、優れた耐熱性と
共に、高強度を有することが報告されるに及んで、耐熱
材料乃至は高温構造材としてのムライト焼結体の原料と
して、ケイ酸アルミニウム微粉末は極めて重要なものと
なっている。

ところで、このケイ酸アルミニウムの微細な粉末を得る
方法としては、従来から、直接化学的に合成する各種の
方法が提案され、例えばアルミナ源として、ベーマイト
若しくはそのゾル、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウ
ム等のアルミニウム塩、Ａｌ１−アルコキシド等を用い
る一方、シリカ源として、シリカゲル、シリカゾル、Ｓ
ｉ−アルコキシド等を用い、それらを適宜組み合わせて
、加熱せしめることにより、乾燥、熱処理（仮焼）を行
なうことからなる各種の手法、例えばゾル混合法、中和
共沈法、ゾルゲル法、アルコキシド法、噴霧熱分解法等
が知られている。

しかしながら、これら従来からの各種の製造法には、何
れも一長一短があり、特に微細なケイ酸アルミニウム微
粉末を有利に製造し得るものではなかったのである。例
えば、アルミナ源として、ベーマイトやそのゾル、硝酸
アルミニウム、塩化アルミニウム等を用いる方法にあっ
ては、そのようなアルミナ源と所定のシリカ源との混合
物を仮焼して、ムライト化すると、仮焼物が固くなり、
それを微粉砕しても、３μｍ以上の粒径の粗粒が多く残
り、また粉砕時間も長くなるのであって、それをそのま
ま焼結原料として使用すると、得られる焼結体の焼結密
度が低くなって、目的とする物性が得られなくなるので
ある。尤も、そのような焼結体の焼結密度を上げるには
、分級して、粗粒を除いてやる必要があるが、それによ
って、粉末の製造コストは必然的に高くなってしまうの
である。

（解決手段）ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その特徴とするところは、硫酸アル
ミニウム水溶液に、シリカ粉若しくはシリカゾルを配合
し、均一な混合物と為した後、乾燥し、次いでその乾燥
物を加熱して硫酸アルミニウムを熱分解せしめ、更にそ
の後熱処理を施すことにより、ムライトを主要鉱物とし
て生成せしめ、そしてその得られた熱処理物を粉砕にて
解すことからなる、Ｓｉｎ、：１５〜３５重量％、Ａｌ
１ｔＯｓ：８５〜６５重量％の組成を有し、且つ比表面
積が１０ｍ”／ｇ以上で、略５μｍ以下の粒径の一次粒
子を８０重量％以上含むケイ酸アルミニウム微粉末の製
造方法にあり、これによって、等粒状で丸みを帯びた、
粒度分布幅の狭い、５μｍ以下の、特に有利には１μｍ
以下の、より良好な微粒子を得ることが出来ることとな
ったのであり、そしてそのような微粒子を用いることに
より、優れた焼結特性、例えば密度や高温、室温での曲
げ強度等を示す焼結体を有利に製造し得ることとなった
のである。

（具体的構成・作用）要するに、本発明にあっては、ケイ酸アルミニウム（ム
ライト）を製造するためのアルミナ源として、硫酸アル
ミニウムの水溶液を用いようとするものであり、それに
よって熱処理（仮焼）後の粉砕を行ない易く為し、分級
操作なしでも充分緻密化し得る粉体が得られ、また５μ
ｍ以下、特に１μｍ以下の粒径の一次粒子からなる微粉
末を有利に製造し得る等の優れた効果を達成し得たので
あるが、その作用機構については未だ明らかにされては
いない。尤も、硫酸アルミニウムは、その熱分解温度が
７７０℃と高く、硝酸アルミニウムの１５０℃や塩化ア
ルミニウムの１８３℃よ、りも温かに高い熱分解温度を
有するものであるところから、その仮焼品が固くならず
、それ故に粉砕され易い状態となっているものと考えら
れている。

なお、かかる本発明において用いられる硫酸アルミニウ
ムとしては、公知の各種のものが適宜に選択されること
となるが、°アルミナ源としての硫酸アルミニウム中の
不純物は、生成するムライト（ケイ酸アルミニウム）の
不純物となるところから、高純度のムライトを得る上に
おいて、ベーマイト、ダイアスボア等のアルミナ１水和
物を硫酸で処理して得られる硫酸アルミニウム水溶液を
用いることが望ましく、またそれによって、硫酸アルミ
ニウム中の不純物（アルカリ金属やアルカリ土類金属を
含むもの）が、硫酸アルミニうムをＡ　Ｉｌ　ｚ　０３
とした場合において、０．３重量％以下となる硫酸アル
ミニウム水溶液を有利に得ることが出来るのである。硫
酸アルミニウム水溶液中のアルカリ金属やアルカリ土類
金属の不純物量が０．３％を越えるようになると、得ら
れたケイ酸アルミニウム微粉末を用いて焼結された最終
製品（焼結体）のクリープ特性等が悪化する問題を惹起
する。

ところで、硫酸アルミニウムと、しては、その他に、硫
酸パン土（工業用硫酸アルミニウム）、−級試薬硫酸ア
ルミニウム等が市販されているが、それらの硫酸アルミ
ニウムは、アルカリ金属やアルカリ土類金属の不純物、
特にＮａ、Ｏを多く含んでいる。

これは、そのような硫酸アルミニウムが、バイヤー法に
よるＡｎ（ＯＨ）＋を原料とするため、ＮａｚＯが残る
からであり、しかもそのような不純物は、イオン交換等
の手法で簡単に除去出来ないのである。

また、本発明に従ってケイ酸アルミニウムを合成するに
際しては、シリカ源として、シリカ粉若しくはシリカゾ
ルが用いられることとなるが、その中で、シリカ粉は比
表面積が１００ｍ”／ｇ以上のものが好適に用いられる
こととなる。なお、比表面積が１００ｍ”／ｇ未満とな
ると、熱処理によってムライトを生成せしめるときに、
シリカ相が残るようになるのである。このシリカ粉は、
そのまま上記の硫酸アルミニウム水溶液に添加されて、
混合せしめられても良いし、また水に分散させてゾル化
したもの、或いは市販のシリカゾルを硫酸アルミニウム
水溶液と混合するようにすることも可能である。なお、
シリカゾルはｐＨ５以下で安定であるところから、硝酸
等によって、そのｐＨを１〜５の範囲に調整することも
有利に採用される手段である。

そして、かくの如き硫酸アルミニウム水溶液とシリカ粉
若しくはシリカゾルとの配合、更にそれらの均一な混合
に際しては、通常の攪拌機を用いて行なわれることとな
るが、特に本発明では、超音波分散機が好適に用いられ
、それらアルミナ源及びシリカ源の均一な混合スラリー
が、有利に取得されることとなる。なお、このようにし
て得られた混合スラリーに対して、アンモニア水等のア
ルカリを加えて、その中和処理を施しても、或いはその
ような中和処理を施さなくても、最終ムライト粉への影
響はあまり認められないが、中和処理によって混合スラ
リーはゲル化するために、その乾燥が行ない易くなる利
点がある。

次いで、かくして得られた混合スラリーまたはその中和
後のゲルに対して、本発明にあっては、所定の乾燥操作
が施されることとなるが、その乾燥温度は、一般に８０
〜１６０℃、好ましくは１ｏ　ｏａｔ　ａ　ｏ℃の範囲
内の温度が採用される。なお、乾燥温度が８０℃よりも
低くなると、乾燥に時間がかかるようになり、また１６
０℃を越えるような乾燥温度では、硫酸アルミニウムの
結晶が析出し、不均一な乾燥物となる。また、そのよう
な範囲内の温度において、乾燥物の厚み等により、適宜
の乾燥温度が選択されることとなるが、混合成分が分離
しない条件、換言すれば硫酸アルミニウムの白色の結晶
が析出しないような温度条件下において、そのような乾
燥を行なうことが望ましいことは言うまでもないところ
である。

また、かかる乾燥物は、加熱せしめられて、それに含ま
れている硫酸アルミニウムが熱分解され、以てそのアル
ミナ化が行なわれるのである。なお、この硫酸アルミニ
ウムの熱分解は、一般に７００℃以上の温度で遂行され
ることとなる。

更にその後、かかる硫酸アルミニウムの熱分解により、
アルミナ化の図られた乾燥物に対しては、熱処理（仮焼
）が施され、これによって、シリカとアルミナとを反応
せしめて、ムライトを主要鉱物として生成せしめるので
ある。なお、この際、コランダムやトリディマイト、ク
リストバライト等の鉱物が副生じても、ムライトに比べ
て少量であれば、同等差支えない。なお、この熱処理は
、一般に１２００〜１５５０℃、好ましくは１２５０℃
〜１４５０℃の温度領域に加熱せしめることによって、
実施されることとなる。この熱処理温度が１２００℃よ
りも低くなると、非晶質部分が多く、微粒になり過ぎ、
一方１５５０℃よりも高くなると、熱処理物（仮焼物）
が固くなり、粉砕し難くなる等の問題を惹起する。また
、このような熱処理工程は、上記した乾燥物の熱分解工
程とは別個に行なわれる他、そのような熱分解工程から
引き続いて（連続して）実施されるようにすることも可
能である。

そして、かくして得られた熱処理９＃Ｊ（仮焼物）は、
目的とする焼結体用原料として使用するために、微粉砕
されることとなるが、その微粉砕後の分級は特に必閑で
はないのである。尤も、より信転性が求められる焼結体
用粉末を得るためには、上記の熱処理物の微粉砕された
ものを分級して、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下の
粒度分布を持つ粉体と為すことが望ましい。なお、その
ような焼結体用粉末中に５μｍを越えるような粗大粒が
存在すると、焼結嵩密度が低くなり、例えば、３．００
ｇ／ｃｍ３以下のものとなるのである。

本発明は、上記の如くして、有用なケイ酸アルミニウム
微粉末を製造するものであるが、このような本発明方法
の最も有用な点は、歩留りのロス、生産工程の増大等の
問題を内在する分級操作が必ずしも必要でないことであ
る。これは、本発明では、微粉末といっても、解しをす
る程度の粉砕工程に相当するものであって、略５μｍ以
下、特に０．０５〜１μｍ程度の粒度分布範囲の狭い、
丸みを帯びた一次粒子よりなる二次粒子を解すことから
なる、極めて簡単な、また軽い粉砕操作を加えれば、充
分なのである。なお、普通のブレークダウン式粉砕では
、このような微粒子は得られないが、上記した本発明手
法によれば、比表面積が１０ｍ”７ｇ以上であり、且つ
略５μｍ以下（特に０．０５〜１μｍ）の粒径を持つ一
次粒子が８０重量％以上であるケイ酸アルミニウム微粉
末を得ることが出来ることとなったのである。

また、かくの如き本発明手法に従って得られるケイ酸ア
ルミニウム微粉末の化学組成は、用途によって変わるが
、一般に５ｉＯｚ：１５〜３５重量％１，６．ｊ！、Ｏ
，、：８５〜６５重量％、好ましくは５ｉＯｚ：２６〜
３０重量％、Ａｎ！ｇｏｓニア４〜７０重量％である。

そして、そのような微粉末は、アルカリ金属やアルカリ
土類金属の不純物の含有量が０．３重量％以下、好まし
くは０．１重量％以下の割合とされているのである。

そして、このような特徴を有するケイ酸アルミニウム微
粉末は、優れた焼結特性、例えば密度、高温及び室温の
曲げ強度等を示すものであって、このような特性を与え
る、上記した形状乃至は形態のケイ酸アルミニウム微粉
末は、本発明において初めて提供され得たものであって
、従来のものとは全く異なるものなのである。

（実施例）１　　を以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

なお、以下の実施例中の比及び百分率は、特に断わりの
ない限り、何れも重量基準によって示されるものである
。

先ず、アルミナ源としての硫酸アルミニウム水溶液を、
ベーマイト粉末を硫酸水溶液に溶解（反応）せしめるこ
とにより調製した。また、他のアルミナ源として、不純
物の多い硫酸パン土や塩化アルミニウム、硝酸アルミニ
ウムを準備した。更に、シリカ源としては、各種比表面
積のシリカ粉及びシリカゾルを準備した。

そして、これら準備されたアルミナ源とシリカ源とを種
々組み合わせて、下記第１表に示される条件に従って、
各種のケイ酸アルミニウム微粉末を製造した。なお、粉
砕機はアトリッションミルを用い、また分級は、水滴に
よった。更に、比表面積は、ＢＥＴ法（液体窒素使用）
によって求めた。

そして、かくして得られた各種のケイ酸アルミニウム微
粉末について、その特性として、粒径と１６５０℃×３
時間の焼成後の焼結密度を求め、その結果を、下記第２
表に、粉末の化学組成と共に示した。

かかる第１表及び第２表の比較検討から明らかなように
、本発明に従って硫酸アルミニウム水溶液をアルミナ源
として用いた場合にあっては、粒径の小さな一次粒子か
らなるケイ酸アルミニウム微粉末を極めて短時間の粉砕
操作にて、容易に得ることが出来、また焼結密度も高い
焼結体を得ることが出来た。

これに対して、アルミナ源として、塩化アルミニウムや
硝酸アルミニウムを用いた場合にあっては、粉砕に時間
がかかり、しかも粗粒が多く、また焼結体の焼結密度も
低いものであった。

第　　　１　　　表第　　　２　　　　表（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、アル
ミナ源として硫酸アルミニウム水溶液を用いることによ
り、粉砕の極めて容易なケイ酸アルミニウム（ムライト
）が得られることとなり、そしてその得られたケイ酸ア
ルミニウム微粉末からは、密度、高温及び室温における
曲げ強度などの特性に優れた焼結体を有利に製造するこ
とが出来るのであって、そこに本発明の大きな工業的意
義を見い出すことが出来るのである。

出願人　　共立窯業原料株式会社同　　　株式会社ニス・ティー・ケー・セラミックス研
究所

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硫酸アルミニウム水溶液に、シリカ粉若しくはシ
リカゾルを配合し、均一な混合物と為した後、乾燥し、
次いでその乾燥物を加熱して硫酸アルミニウムを熱分解
せしめ、更にその後熱処理を施すことにより、ムライト
を主要鉱物として生成せしめ、そしてその得られた熱処
理物を粉砕にて解すことからなる、ＳｉＯ＿２：１５〜
３５重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：８５〜６５重量％の組成
を有し、且つ比表面積が１０ｍ＾２／ｇ以上で、略５μ
ｍ以下の粒径の一次粒子を８０重量％以上含むケイ酸ア
ルミニウム微粉末の製造方法。
（２）前記硫酸アルミニウム水溶液が、アルミナ１水和
物を硫酸にて処理して得られたものである特許請求の範
囲第１項記載の製造方法。
（３）前記ケイ酸アルミニウム微粉末が、０．３重量％
以下の割合の、アルカリ及びアルカリ土類金属の不純物
含有量のものである特許請求の範囲第２項記載の製造方
法。
（４）前記シリカ粉が、１００ｍ＾２／ｇ以上の比表面
積を有するものである特許請求の範囲第１項乃至第３項
の何れかに記載の製造方法。
（５）前記混合物に対する乾燥操作が、８０〜１６０℃
の温度下において実施される特許請求の範囲第１項乃至
第４項の何れかに記載の製造方法。
（６）前記熱分解が、７００℃以上の温度下において行
なわれる特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記
載の製造方法。
（７）前記熱処理が、１２００〜１５５０℃の温度下に
おいて行なわれる特許請求の範囲第１項乃至第６項の何
れかに記載の製造方法。