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JP2007063045A - Method for producing alumina whisker and method for producing zinc oxide whisker - Google Patents

Method for producing alumina whisker and method for producing zinc oxide whisker Download PDF

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JP2007063045A
JP2007063045A JP2005248853A JP2005248853A JP2007063045A JP 2007063045 A JP2007063045 A JP 2007063045A JP 2005248853 A JP2005248853 A JP 2005248853A JP 2005248853 A JP2005248853 A JP 2005248853A JP 2007063045 A JP2007063045 A JP 2007063045A
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Japan
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whisker
alloy
producing
whiskers
alumina
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JP2005248853A
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Japanese (ja)
Inventor
Isao Ito
勲 伊藤
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Gunma University NUC
Original Assignee
Gunma University NUC
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Publication date
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

【課題】エネルギー消費が少なく、公害の恐れがなく、簡便にウイスカーを製造する方法を提供する。
【解決手段】 Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Sn、Bi,In、Cu及びNiの少なくとも1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造する。また、Znと、Cuと、Bi、Sn及びCdのいずれか1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理して酸化亜鉛のウイスカーを製造する。
【選択図】 なし
The present invention provides a method for easily producing whiskers with low energy consumption and no risk of pollution.
An alumina whisker is manufactured by heat-treating an alloy containing Al, at least one of Zn and Cd, and at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni in an oxidizing atmosphere. To do. An alloy containing Zn, Cu, and any one of Bi, Sn and Cd is heat-treated in an oxidizing atmosphere to produce zinc oxide whiskers.
[Selection figure] None

Description

本願発明は、アルミナのウイスカーの製造方法、及び酸化亜鉛のウイスカーの製造方法に係り、特にエネルギー消費が少なく、公害の恐れがなく、簡便にウイスカーを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an alumina whisker and a method for producing a zinc oxide whisker, and particularly relates to a method for producing whisker easily with low energy consumption and no risk of pollution.

近年、軽量、高強度、高弾性率で耐熱性、耐酸化性に優れ、空気中で1000℃でもこの特性を維持する細くしなやかで長繊維であるため各種形態に加工でき、樹脂、金属、セラミックスとの適合性がよく複合材料の強化繊維として優れる、炭化珪素をはじめとして各種セラミックスを繊維化したものの開発が進んでいる。
このような繊維として、各種のウイスカーや各種セラミックスのナノチューブの作製方法が提案されている。(例えば、特許文献1〜7参照)。
In recent years, it is lightweight, high-strength, high-modulus, excellent in heat resistance and oxidation resistance, and can be processed into various forms because it is a thin, flexible and long fiber that maintains this property even in air at 1000 ° C. Resin, metal, ceramics The development of fibers made from various ceramics including silicon carbide, which is excellent as a reinforcing fiber for composite materials, is progressing.
As such fibers, methods for producing various whiskers and various ceramic nanotubes have been proposed. (For example, see Patent Documents 1 to 7).

一方、アルミナウイスカーの製造方法が、特許文献8に提案されている。この方法は、アルミナとカーボンを1400〜1650℃の温度に加熱して気相反応を行い、得られた反応ガスを1100〜1300℃の温度においてアルミナウイスカーを析出回収する方法である。   On the other hand, Patent Document 8 proposes a method for producing alumina whiskers. In this method, alumina and carbon are heated to a temperature of 1400 to 1650 ° C. to perform a gas phase reaction, and the resulting reaction gas is precipitated and recovered at a temperature of 1100 to 1300 ° C.

また、酸化亜鉛ウイスカーの製造方法が特許文献9に提案されている。この方法はるつぼ内から排出される亜鉛蒸気を炭化水素系燃料で希釈した混合ガスを酸化性雰囲気領域において亜鉛蒸気を酸化させることによってテトラポット状の酸化亜鉛ウイスカーを製造する方法である。   Moreover, the manufacturing method of a zinc oxide whisker is proposed by patent document 9. FIG. This method is a method for producing a tetrapot-shaped zinc oxide whisker by oxidizing zinc vapor in an oxidizing atmosphere region by mixing a gas mixture obtained by diluting zinc vapor discharged from the crucible with a hydrocarbon-based fuel.

特許文献8に記載の方法の場合、アルミナウイスカーの製造する際、かなりの高温領域を行う必要があり、エネルギー消費が大きい問題がある。
また、特許文献9においては、装置が大掛かりになり、またエネルギー消費効率が悪い等の問題がある
In the case of the method described in Patent Document 8, when manufacturing an alumina whisker, it is necessary to perform a considerably high temperature region, and there is a problem that energy consumption is large.
Moreover, in patent document 9, there exists a problem that an apparatus becomes large and energy consumption efficiency is bad.

特開2004−244252号公報JP 2004-244252 A 特開2004−231455号公報JP 2004-231455 A 特開2004−175586号公報JP 2004-175586 A 特開2004−175587号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-175587 特開2004−002182号公報JP 2004-002182 A 特開2002−356776号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-356776 特開2004−180251号公報JP 2004-180251 A 特許 第942660号Patent No. 942660 特開平5−97597号公報JP-A-5-97597

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、エネルギー消費が少なく、公害の恐れがなく、簡便にウイスカーを製造することができる方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to provide a method that can easily produce whiskers with low energy consumption and no risk of pollution.

本発明は、下記の手段に採用することによって上記課題を解決することができる。
<1> Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Sn、Bi,In、Cu及びNiの少なくとも1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とするアルミナウイスカーの製造方法である。
<2>Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種を20〜70質量%、Sn、Bi,In、Cu及びNiの少なくとも1種を0.5〜2質量%、残部Alからなる合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とする<1>に記載のアルミナウイスカーの製造方法である。
<3> Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Snと、Bi,In、Cu及びNiのいずれか1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とする<1>に記載のアルミナウイスカーの製造方法である。
<4> Zn、及びCdの少なくとも1種を20〜70質量%、Snを0.5〜2質量%、Bi,In、Cu及びNiのいずれか1種を0.5〜2質量%、残部Alからなる合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とする<3>に記載のアルミナウイスカーの製造方法である。
<5> Znと、Cuと、Bi、Sn及びCdのいずれか1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理して酸化亜鉛のウイスカーを製造することを特徴とする酸化亜鉛ウイスカーの製造方法である。
<6> Znを20〜40質量%、Bi及びSnをそれぞれ0.5〜3質量%、残部Cuからなる合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理して酸化亜鉛のウイスカーを製造することを特徴とする<5>に記載の酸化亜鉛ウイスカーの製造方法である。
The present invention can solve the above problems by adopting the following means.
<1> An aluminum whisker is manufactured by heat-treating an alloy containing Al, at least one of Zn and Cd, and at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni in an oxidizing atmosphere. This is a method for producing an alumina whisker.
<2> An alloy composed of Al, Zn and Cd at 20 to 70 mass%, Sn, Bi, In, Cu and Ni at 0.5 to 2 mass% and the balance Al. The method for producing alumina whiskers according to <1>, wherein the alumina whiskers are produced by heat treatment in an oxidizing atmosphere.
<3> An aluminum whisker is obtained by heat-treating an alloy containing Al, at least one of Zn and Cd, Sn, and any one of Bi, In, Cu and Ni in an oxidizing atmosphere. The method for producing an alumina whisker according to <1>, wherein the method is produced.
<4> At least one of Zn and Cd is 20 to 70% by mass, Sn is 0.5 to 2% by mass, and any one of Bi, In, Cu and Ni is 0.5 to 2% by mass, and the balance. The method for producing alumina whiskers according to <3>, wherein an alloy made of Al is heat-treated in an oxidizing atmosphere to produce alumina whiskers.
<5> A zinc oxide whisker characterized in that a zinc oxide whisker is manufactured by heat-treating an alloy containing Zn, Cu, and any one of Bi, Sn, and Cd in an oxidizing atmosphere. It is a manufacturing method.
<6> A zinc oxide whisker is manufactured by heat-treating an alloy composed of 20 to 40% by mass of Zn, 0.5 to 3% by mass of Bi and Sn, and the remainder Cu in an oxidizing atmosphere. <5> The method for producing a zinc oxide whisker according to <5>.

本発明によれば、アルミナウイスカー、亜鉛ウイスカーをエネルギー消費が少なく、公害の恐れがなく、簡便に製造することができる。   According to the present invention, alumina whiskers and zinc whiskers can be easily manufactured with low energy consumption and no risk of pollution.

本発明のアルミナウイスカーの製造方法は、
(1)Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Sn、Bi、In、Cu及びNiの少なくとも1種とを含む合金、
(2)好ましくは、Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Snと、Bi、In、Cu及びNiのいずれか1種とを含む合金、
をそれぞれ酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造する。
The method for producing the alumina whisker of the present invention includes:
(1) an alloy containing Al, at least one of Zn and Cd, and at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni;
(2) Preferably, an alloy containing Al, at least one of Zn and Cd, Sn, and any one of Bi, In, Cu and Ni;
Are heated in an oxidizing atmosphere to produce alumina whiskers.

(1)の合金は、Alに対して、Alよりも蒸気圧が高いZn、及びCdの少なくとも1種と、Sn、Bi、In、Cu及びNiの少なくとも1種とを溶解・凝固させて合金を作製することが好ましい。 The alloy (1) is an alloy obtained by melting and solidifying at least one of Zn and Cd having a vapor pressure higher than that of Al and at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni with respect to Al. Is preferably produced.

Zn、及びCdのなかで蒸気圧が高く、蒸発しやすい点から特にZnが好ましい。
また、(1)の合金において、Sn、Bi、In、Cu及びNiの少なくとも1種は合金中で
0.5〜2質量%が含有されていることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5質量%、更に好ましくは0.8〜1.2質量%である。
Sn、Bi、In、Cu及びNiの少なくとも1種の中で特にSnはAlの表面にできる酸化皮膜を打ち破り脱亜鉛現象を促進させる働きを有しておりウイスカーの形成に有効である。したがって、(1)の合金において最も好ましい合金はAl-Zn-Sn系合金、Al-Zn-Sn-In系合金である。
Among Zn and Cd, Zn is particularly preferable because it has a high vapor pressure and easily evaporates.
In the alloy (1), at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni is preferably contained in an amount of 0.5 to 2% by mass, more preferably 0.5 to 1 in the alloy. 0.5% by mass, more preferably 0.8-1.2% by mass.
Among at least one of Sn, Bi, In, Cu, and Ni, Sn has an effect of accelerating the dezincing phenomenon by breaking the oxide film formed on the surface of Al, and is effective in forming whiskers. Therefore, the most preferred alloys in the alloy (1) are Al—Zn—Sn alloys and Al—Zn—Sn—In alloys.

(2)の合金は、Alに対して、蒸気圧が高いZn、及びCdの少なくとも1種と、Snと、Bi、In、Cu及びNiのいずれか1種とを溶解・凝固させて合金を作製する。 The alloy (2) is obtained by melting and solidifying at least one of Zn and Cd having a high vapor pressure with respect to Al, Sn, and any one of Bi, In, Cu and Ni. Make it.

Zn、及びCdのなかで蒸気圧が高く、蒸発しやすい点から特にZnが好ましい。
また、(2)の合金において、Snは合金中で0.5〜2.0質量%が含有されていることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5質量%、更に好ましくは0.8〜1.2質量%である。
Among Zn and Cd, Zn is particularly preferable because it has a high vapor pressure and easily evaporates.
In the alloy (2), Sn is preferably contained in the alloy in an amount of 0.5 to 2.0% by mass, more preferably 0.5 to 1.5% by mass, still more preferably 0.8. 8 to 1.2% by mass.

Bi、In、Cu及びNiのいずれか1種は合金中で0.5〜2質量%が含有されていることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5質量%、更に好ましくは0.8〜1.2質量%である
したがって、(1)の合金及び(2)の合金として最も好ましい合金は、Al-Zn-Sn系合金、Al-Zn-Sn-Cd系合金、Al-Zn-Sn-Bi系合金、Al-Zn-Sn-Ni系合金、Al-Zn-Sn-Cu系合金、Al-Zn-Sn-In系合金である。
Any one of Bi, In, Cu and Ni is preferably contained in the alloy in an amount of 0.5 to 2% by mass, more preferably 0.5 to 1.5% by mass, still more preferably 0.8. Therefore, the most preferable alloys as the alloy (1) and the alloy (2) are Al—Zn—Sn alloy, Al—Zn—Sn—Cd alloy, Al—Zn—. Sn-Bi alloy, Al-Zn-Sn-Ni alloy, Al-Zn-Sn-Cu alloy, Al-Zn-Sn-In alloy.

本発明の酸化亜鉛ウイスカーの製造方法は、Znと、Cuと、Bi、Sn及びCdのいずれか1種とを含む合金(3)を、酸化性雰囲気中で加熱処理して酸化亜鉛のウイスカーを製造する。
(3)の合金は、Cuに対して、Cuよりも蒸気圧が高いZn、及びCdの少なくとも1種とを溶解・凝固させて合金を作製することが好ましい。
(3)の合金において、Znを20〜40質量%、Bi及びSnをそれぞれ0.5〜3質量%、残部Cuからなる合金が好ましく、Znは合金中で15〜35質量%が含有されていることが好ましく、より好ましくは20〜30質量%、更に好ましくは25〜30質量%である。
The method for producing zinc oxide whiskers according to the present invention comprises heating an alloy (3) containing Zn, Cu, and any one of Bi, Sn, and Cd in an oxidizing atmosphere to produce zinc oxide whiskers. To manufacture.
The alloy (3) is preferably produced by melting and solidifying at least one of Zn and Cd, which have a higher vapor pressure than Cu, with respect to Cu.
In the alloy (3), an alloy composed of 20 to 40% by mass of Zn, 0.5 to 3% by mass of Bi and Sn, respectively, and the balance Cu is preferable, and Zn is contained in an amount of 15 to 35% by mass in the alloy. Preferably, it is 20-30 mass%, More preferably, it is 25-30 mass%.

したがって、(3)の合金において、もっとも好ましい合金はCu-Zn-Bi-Sn系合金である。 Therefore, in the alloy (3), the most preferable alloy is a Cu—Zn—Bi—Sn alloy.

上記したおのおの合金は酸化性雰囲気中で加熱処理される。酸化性雰囲気とは上記した合金を酸化性雰囲気下に保持する理由はアルミナ、酸化亜鉛を形成するためであるが、アルミナ、酸化亜鉛の被膜の厚みが厚く、硬度が高いと加熱処理時に蒸気圧の高いZn、及びCdがアルミナ、酸化亜鉛の被膜を破って合金から排出することが困難となるため適度な皮膜の厚さと強度とする必要がある。この観点から酸化性雰囲気は弱酸化性雰囲気が好ましい。   Each of the above alloys is heat-treated in an oxidizing atmosphere. The reason why the above-described alloy is maintained in the oxidizing atmosphere is to form alumina and zinc oxide. However, when the thickness of the alumina and zinc oxide coating is thick and the hardness is high, the vapor pressure is reduced during the heat treatment. High Zn and Cd break the alumina and zinc oxide coatings and make it difficult to discharge them from the alloy. From this viewpoint, the oxidizing atmosphere is preferably a weak oxidizing atmosphere.

本発明において、合金を弱酸化性雰囲気下で加熱処理する装置として、真空加熱装置を用いることができる。真空加熱装置を用いる場合、真空加熱装置内の減圧条件を選定し、酸素分圧を調整して弱酸化性雰囲気とすることができる。   In the present invention, a vacuum heating device can be used as a device for heat-treating the alloy in a weakly oxidizing atmosphere. In the case of using a vacuum heating device, it is possible to select a depressurization condition in the vacuum heating device and adjust the oxygen partial pressure to form a weakly oxidizing atmosphere.

真空加熱装置内の減圧条件は用いられる合金によっても異なるがAl系合金では0.01〜0.2Paが好ましく、0.05〜0.15Paがより好ましく、0.1〜0.15Paが更に好ましい。またCu系合金では20Pa〜1Pa,10Pa〜1Pa,5Pa〜1Paが更に好ましい。   The pressure reduction conditions in the vacuum heating device vary depending on the alloy used, but in the case of an Al alloy, 0.01 to 0.2 Pa is preferable, 0.05 to 0.15 Pa is more preferable, and 0.1 to 0.15 Pa is still more preferable. . In the case of a Cu-based alloy, 20 Pa to 1 Pa, 10 Pa to 1 Pa, and 5 Pa to 1 Pa are more preferable.

真空加熱装置内において、加熱処理条件は合金によっても異なり、(1)の合金の場合、380〜520℃が好ましく、350〜450℃がより好ましく、400〜450℃が更に好ましく、(2)の合金の場合、380〜520℃が好ましく、350〜450℃がより好ましく、400〜450℃が更に好ましく、(3)の合金の場合、700〜850℃が好ましく、750〜850℃がより好ましく、780〜820℃が更に好ましい。   In the vacuum heating apparatus, the heat treatment conditions vary depending on the alloy. In the case of the alloy (1), 380 to 520 ° C is preferable, 350 to 450 ° C is more preferable, 400 to 450 ° C is further preferable, and (2) In the case of an alloy, 380 to 520 ° C is preferable, 350 to 450 ° C is more preferable, 400 to 450 ° C is more preferable, and in the case of the alloy (3), 700 to 850 ° C is preferable, and 750 to 850 ° C is more preferable. 780-820 degreeC is still more preferable.

合金を酸化性雰囲気下で加熱処理した後、溶融合金は冷却される。冷却に際してはAlやZnが酸化されすぎないように加熱処理時の雰囲気中で十分冷却することが好ましい。   After the alloy is heat treated in an oxidizing atmosphere, the molten alloy is cooled. In cooling, it is preferable to cool sufficiently in the atmosphere during the heat treatment so that Al and Zn are not oxidized excessively.

本発明によって得られるウイスカーは、おのおのの合金を酸化性雰囲気下で加熱処理すると、蒸気圧の高いZn、及びCdがアルミナ、酸化亜鉛の被膜を破って合金から排出する際にアルミナ、酸化亜鉛の被膜を持ち上げようとする応力がかかってウイスカー状となり、また、Zn、及びCdの蒸気の通路によってチューブ状ウイスカーに形成される場合があるものと思われる。   When the whiskers obtained by the present invention are each heat-treated in an oxidizing atmosphere, Zn and Cd having a high vapor pressure break the alumina and zinc oxide coating and are discharged from the alloy. It seems that there is a case where a whisker shape is applied due to a stress to lift the coating, and that the whisker shape may be formed by a passage of Zn and Cd vapor.

本発明によって得られるアルミナウイスカーは、断面直径が小さく、密度、引張強度、ヤング率もBeO、B4C、SiC、Si24等に匹敵し、これらのウイスカーを樹脂、金属、セラミックスとに適合性させることによって優れた複合材料を作製することができる。特にアルミナウイスカーはプラスチックや金属に混入させることによりFRP(Fiber Reinforced Plastic)やFRM(Fiber Reinforced Metal)として応用されている。たとえば、炭素繊維強化プラスチックに変わる電気絶縁性の高いより高強度で軽量のWRP(Whisker Reinforced Plastic)製釣竿が市販されている。また、ジルコニアにアルミナウイスカーを混入した複合体は、弾性率と強度がジルコニア単体よりも高く、ジルコニアが塑性変形してしまう高温中でもある程度の強度を維持できる特徴を有する。 The alumina whisker obtained by the present invention has a small cross-sectional diameter, and the density, tensile strength, Young's modulus is comparable to BeO, B 4 C, SiC, Si 2 N 4, etc., and these whiskers are made into resin, metal, ceramics. By making it compatible, an excellent composite material can be produced. In particular, alumina whiskers are applied as FRP (Fiber Reinforced Metal) or FRM (Fiber Reinforced Metal) by being mixed in plastic or metal. For example, a WRP (Whisker Reinforced Plastic) fishing rod with higher electrical insulation and higher strength, which is replaced with carbon fiber reinforced plastic, is commercially available. In addition, a composite in which alumina whisker is mixed with zirconia has a higher elastic modulus and strength than zirconia alone, and has a feature that a certain level of strength can be maintained even at a high temperature at which zirconia undergoes plastic deformation.

次に本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例中における%は「質量%」を意味する。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited at all by these Examples. In the examples, “%” means “mass%”.

<アルミナウイスカー用実験試料>
実験試料の組成は以下のとおりである。
・Al−70%Zn−0.5%Sn
・Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cd
・Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Ni
・Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%In
・Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cu
・Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Bi
<Experimental sample for alumina whisker>
The composition of the experimental sample is as follows.
・ Al-70% Zn-0.5% Sn
・ Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cd
・ Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Ni
・ Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% In
・ Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cu
・ Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Bi

試料は最初、全量を300gと設定し、構成する元素の量をそれぞれ測定した後、それらを鋳込みインゴットを作成した。また、Cu、Niは融解温度が高温のため、Cuは粒状のものを用い、NiはあらかじめAlとの合金にしてある母合金を用いた。この母合金の組成はAl−20.25%Niである。
そして、これらのインゴットをファインカッターで10mm×10mm×10mmに切断し、表面を研磨紙で#100、#1000まで研磨した面、また、9μmダイヤモンド砥粒まで研磨した面をそれぞれ作成し、表面粗さの違いによってもウイスカーの生成に違いが現れるのか観察できるようにした。
<酸化亜鉛ウイスカー用実験試料>
・Cu−30%Zn−3%Bi−3%Sn
アルミナウイスカー用実験試料の場合と同様な方法で酸化亜鉛ウイスカー用実験試料を作製した。
First, the total amount of the sample was set to 300 g, and the amounts of the constituent elements were measured, and then cast into ingots. Further, since Cu and Ni have a high melting temperature, Cu was used in a granular form, and Ni was used as a mother alloy that was previously alloyed with Al. The composition of this mother alloy is Al-20.25% Ni.
Then, these ingots were cut into 10 mm × 10 mm × 10 mm with a fine cutter, and the surface was polished to # 100 and # 1000 with abrasive paper, and the surface was polished to 9 μm diamond abrasive grains, respectively. It was made possible to observe whether the difference in whisker generation appears due to the difference in size.
<Experimental sample for zinc oxide whisker>
・ Cu-30% Zn-3% Bi-3% Sn
An experimental sample for zinc oxide whisker was prepared in the same manner as the experimental sample for alumina whisker.

<実験装置>
実験装置の略図を図1に示す。実験試料10はステンレス製の針金で、6面全てが脱亜鉛されるように工夫し、石英管12内に入れ密封する。石英管12は電気炉14の中に入り高温になるので、本体との接触部であるOリングを破損しないために水冷しておく。また、石英管12は真空装置(ロータリーポンプ)18につながっており10-1Paほどの真空にしておく。実験時間の誤差を考え、電気炉は石英管と十分離れたところで温度制御装置16によって加熱しておき、処理温度に到達したら、灼熱部を実験試料10の場所まで移動させるようにした。また冷却の際も、電気炉14を離しゆっくりと冷却する方式をとった。この際、Alが酸化されてしまうのを防ぐため、すぐにロータリーポンプを止めず十分冷却されるまで真空を保つようにした。
<Experimental equipment>
A schematic diagram of the experimental apparatus is shown in FIG. The experimental sample 10 is a stainless steel wire, which is devised so that all six surfaces are dezinced and sealed in a quartz tube 12. Since the quartz tube 12 enters the electric furnace 14 and becomes high temperature, it is cooled with water in order not to damage the O-ring which is a contact portion with the main body. The quartz tube 12 is connected to a vacuum device (rotary pump) 18 and is kept at a vacuum of about 10 −1 Pa. Considering the error of the experiment time, the electric furnace was heated by the temperature control device 16 at a position sufficiently separated from the quartz tube, and when the processing temperature was reached, the heating part was moved to the place of the experimental sample 10. In cooling, the electric furnace 14 was separated and the cooling was performed slowly. At this time, in order to prevent Al from being oxidized, the rotary pump was not immediately stopped and the vacuum was maintained until it was sufficiently cooled.

<実験方法>
脱亜鉛処理温度は、アルミナウイスカー用実験試料については、380℃、400℃、420℃とし、処理時間は全て4時間と、酸化亜鉛ウイスカー用実験試料については、800℃とし、処理時間は4時間とした。
実験試料は、あらかじめ電子天秤で重量を測定し、ノギスで試料の大きさを測定し表面積を計算して、図1に示した実験装置を用いて脱亜鉛処理を行った。試料を石英管内に置く際、凹型のテーブルにステンレス製の針金を2本渡し、その上に試料を慎重に乗せ、全ての面が脱亜鉛処理されるように工夫した。
処理後、試料の重量を測定したあと、脱亜鉛量を計算する。表1〜表2に作製した試料について示す。そして、表面の様子を観察するためEPMAを用いて二次電子像の観察を行った。
<Experiment method>
The dezincing treatment temperature is set to 380 ° C., 400 ° C. and 420 ° C. for the experimental sample for alumina whisker, and the treatment times are all 4 hours, and the experimental sample for zinc oxide whisker is set to 800 ° C. and the treatment time is 4 hours. It was.
The experimental sample was weighed with an electronic balance in advance, the size of the sample was measured with a caliper, the surface area was calculated, and dezincing treatment was performed using the experimental apparatus shown in FIG. When placing the sample in the quartz tube, two stainless steel wires were handed over a concave table, and the sample was carefully placed thereon, so that all surfaces were dezinced.
After the treatment, the weight of the sample is measured, and then the amount of dezincing is calculated. Tables 1 and 2 show the samples prepared. And in order to observe the surface state, the secondary electron image was observed using EPMA.

<実験結果>
EPMAによる二次電子像の観察
(A)加熱処理温度380℃
(1)Al−70%Zn−0.5%Sn
大きな形状の変化は見られないが、図2に示すように二次電子像で観察すると、表面はかなり凹凸が激しく団子状の突起物を観察できる。さらに、倍率を上げると突起物には細かな斑点のようなものが出来ており、小さなウイスカーのようにも見える。
(2)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cd
図3に示すように(1)と同じで、肉眼では大きな形状変化は見られず、二次電子像で観察すると団子状の突起物を見ることができる。
(3)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Bi
図4に示すように(2)と同じで、肉眼では大きな形状変化は見られず、二次電子像で観察すると団子状の突起物を見ることができる。
<Experimental result>
Observation of secondary electron image by EPMA (A) Heat treatment temperature 380 ° C
(1) Al-70% Zn-0.5% Sn
Although a large change in shape is not seen, when observed with a secondary electron image as shown in FIG. 2, the surface is considerably uneven, and dumpling-like projections can be observed. In addition, when the magnification is increased, the projections appear to be fine spots and look like small whiskers.
(2) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cd
As shown in FIG. 3, it is the same as (1), and a large shape change is not seen with the naked eye, but when observed with a secondary electron image, dumpling-like protrusions can be seen.
(3) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Bi
As shown in FIG. 4, it is the same as (2), and no significant change in shape is seen with the naked eye. When observed with a secondary electron image, dumpling-like protrusions can be seen.

また、上記(1)〜(3)の脱亜鉛量は表1に示す。表1から合金から除去された亜鉛が上記の団子状の突起物乃至ウイスカーの形成に寄与しているものと思われる。
<実験結果>
EPMAによる二次電子像の観察
(B)加熱処理温度400℃
(4)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Ni
肉眼ではっきりとウイスカーが全面に形成されているのが観察できる。
図5に示すように二次電子像では、歪な形のウイスカーが大量に生えている。ウイスカーの中は空洞のように見える。
(5)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cu
肉眼では、白い粉のようなウイスカーが全面に大量に形成されている。図6に示すように二次電子像で見ると、サボテン状のウイスカーに所々繊維状のウイスカーが混ざっている。本研究で観測されたウイスカーの中ではかなり細く、短いことが分かる。ウイスカーの中は詰まっているように見える。
(6)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%In
肉眼でもウイスカーが形成されているのが確認できるが、一部分にしか生えていない。図7に示すように二次電子像で観察するとひげ状で中空のウイスカーが大量に形成されているのが確認できる。また、この試料では、ウイスカーがある程度束になっていることも確認できる。さらに、拡大して見てみると、このウイスカーの側面から新たに小さなウイスカーがいくつも形成されているようにも見られる。
Table 1 shows the dezincing amounts of the above (1) to (3). From Table 1, it is considered that zinc removed from the alloy contributes to the formation of the dumpling-like protrusions or whiskers.
<Experimental result>
Observation of secondary electron image by EPMA (B) Heat treatment temperature 400 ° C
(4) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Ni
It can be observed that whiskers are clearly formed on the entire surface with the naked eye.
As shown in FIG. 5, a large amount of distorted whiskers grows in the secondary electron image. Inside the whisker looks like a hollow.
(5) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cu
With the naked eye, a large amount of whisker like white powder is formed on the entire surface. As seen in the secondary electron image as shown in FIG. 6, the fiber-shaped whiskers are mixed with the cactus-shaped whiskers. The whisker observed in this study is quite thin and short. The whisker appears to be clogged.
(6) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% In
The whisker can be confirmed with the naked eye, but it has grown only partially. As shown in FIG. 7, when observed with a secondary electron image, it can be confirmed that a large amount of whisker-like hollow whiskers are formed. Moreover, in this sample, it can also be confirmed that whiskers are bundled to some extent. Furthermore, when it is enlarged, it can be seen that several new small whiskers are formed from the side of the whisker.

また、上記(4)〜(6)の脱亜鉛量を表2に示す。表2から合金から除去された亜鉛が上記の団子状の突起物乃至ウイスカーの形成に寄与しているものと思われる。   Further, Table 2 shows the dezincification amounts of the above (4) to (6). From Table 2, it is considered that zinc removed from the alloy contributes to the formation of the dumpling-like protrusions or whiskers.

<実験結果>
EPMAによる二次電子像の観察
(C)加熱処理温度420℃
(7)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Bi
肉眼でもはっきりとウイスカーが作成されているのが分かる。図8に示すように二次電子像で見ると細い中空のウイスカーが大量に形成されているのが確認できる。
(8)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Ni
試料が大きく歪んでいるが、ウイスカーは肉眼では確認できない。図9に示すように
二次電子像で見ると、団子状の突起が観測できる。1つ1つがかなり大きく規則的。
(9)Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cu
肉眼ではほとんど変化はない。図10に示すように二次電子像で見ると、団子状の突起が確認できる。
<Experimental result>
Observation of secondary electron image by EPMA (C) Heat treatment temperature 420 ° C
(7) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Bi
You can see that whiskers are clearly made even with the naked eye. As shown in FIG. 8, it can be confirmed that a large amount of thin hollow whiskers are formed in the secondary electron image.
(8) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Ni
Although the sample is largely distorted, whiskers cannot be confirmed with the naked eye. As seen in the secondary electron image as shown in FIG. 9, dumpling-like protrusions can be observed. Each one is fairly large and regular.
(9) Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cu
There is almost no change with the naked eye. As seen in the secondary electron image as shown in FIG. 10, dumpling-like protrusions can be confirmed.

以上のことから、合金組成が同じであっても加熱処理温度によってウイスカーの形成が異なることがわかる。
EPMAによる二次電子像の観察
(D)加熱処理温度800℃
(10)Cu−30%Zn−3%Bi−3%Sn
肉眼でもはっきりとウイスカーが作成されているのが分かる。図11に示すように二次電子像で見ると細い中空のウイスカーが大量に形成されているのが確認できる。
From the above, it can be seen that whisker formation differs depending on the heat treatment temperature even if the alloy composition is the same.
Observation of secondary electron image by EPMA (D) Heat treatment temperature 800 ° C
(10) Cu-30% Zn-3% Bi-3% Sn
You can see that whiskers are clearly made even with the naked eye. As shown in FIG. 11, it can be confirmed that a large amount of thin hollow whiskers are formed in the secondary electron image.

本発明のウイスカーを形成するための装置の概略的構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus for forming the whisker of this invention. Al−70%Zn−0.5%Sn(653K)のEPMAによる二次電子像(倍率500倍)である。It is a secondary electron image (magnification 500 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn (653K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cd(653K)のEPMAによる二次電子像(倍率3000倍)である。It is a secondary electron image (magnification 3000 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cd (653K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Bi(653K)のEPMAによる二次電子像(倍率500倍)である。It is a secondary electron image (500-times multiplication factor) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Bi (653K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Ni(673K)のEPMAによる二次電子像(倍率3000倍)である。It is a secondary electron image (magnification 3000 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Ni (673K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cu(673K)のEPMAによる二次電子像(倍率3000倍)である。It is a secondary electron image (magnification 3000 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cu (673K). Al−70%Zn−0.5%Sn-1.0%In(673K)のEPMAによる二次電子像(倍率500倍)である。It is the secondary electron image (magnification 500 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% In (673K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Bi(693K)のEPMAによる二次電子像(倍率3000倍)である。It is a secondary electron image (magnification 3000 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Bi (693K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Ni(693K)のEPMAによる二次電子像(倍率500倍)である。It is a secondary electron image (magnification 500 times) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Ni (693K). Al−70%Zn−0.5%Sn−1.0%Cu(693K)のEPMAによる二次電子像(倍率500倍)である。It is a secondary electron image (500-times multiplication factor) by EPMA of Al-70% Zn-0.5% Sn-1.0% Cu (693K). Cu−30%Zn−3%Bi−3%Sn(1073K)のEPMAによる二次電子像(倍率3000倍)である。It is a secondary electron image (magnification 3000 times) by EPMA of Cu-30% Zn-3% Bi-3% Sn (1073K).

符号の説明Explanation of symbols

10 実験試料
12 石英管
14 電気炉
16 温度制御装置
18 真空装置(ロータリーポンプ)
10 Experimental Sample 12 Quartz Tube 14 Electric Furnace 16 Temperature Controller 18 Vacuum Device (Rotary Pump)

Claims (6)

Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Sn、Bi,In、Cu及びNiの少なくとも1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とするアルミナウイスカーの製造方法。   An alloy whisker is manufactured by heat-treating an alloy containing Al, at least one of Zn and Cd, and at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni in an oxidizing atmosphere. A method for producing alumina whiskers. Zn、及びCdの少なくとも1種を20〜70質量%、Sn、Bi,In、Cu及びNiの少なくとも1種を0.5〜2質量%、残部Alからなる合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とする請求項1に記載のアルミナウイスカーの製造方法。   An alloy comprising 20 to 70% by mass of Zn and Cd, 0.5 to 2% by mass of at least one of Sn, Bi, In, Cu and Ni, and the balance Al is heated in an oxidizing atmosphere. The method for producing an alumina whisker according to claim 1, wherein the whisker is produced by treatment. Alと、Zn、及びCdの少なくとも1種と、Snと、Bi,In、Cu及びNiのいずれか1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とする請求項1に記載のアルミナウイスカーの製造方法。   An alumina whisker is manufactured by heat-treating an alloy containing Al, at least one of Zn, and Cd, Sn, and any one of Bi, In, Cu, and Ni in an oxidizing atmosphere. The method for producing an alumina whisker according to claim 1. Zn、及びCdの少なくとも1種を20〜70質量%、Snを0.5〜2質量%、Bi,In、Cu及びNiのいずれか1種を0.5〜2質量%、残部Alからなる合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理してアルミナのウイスカーを製造することを特徴とする請求項3に記載のアルミナウイスカーの製造方法。   At least one of Zn and Cd is 20 to 70% by mass, Sn is 0.5 to 2% by mass, any one of Bi, In, Cu and Ni is 0.5 to 2% by mass, and the balance is Al. The method for producing an alumina whisker according to claim 3, wherein the alloy is heated in an oxidizing atmosphere to produce an alumina whisker. Znと、Cuと、Bi、Sn及びCdのいずれか1種とを含む合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理して酸化亜鉛のウイスカーを製造することを特徴とする酸化亜鉛ウイスカーの製造方法。   A method for producing zinc oxide whiskers, characterized in that zinc oxide whiskers are produced by heat-treating an alloy containing Zn, Cu, and any one of Bi, Sn, and Cd in an oxidizing atmosphere. Znを20〜40質量%、Bi及びSnをそれぞれ0.5〜3質量%、残部Cuからなる合金を、酸化性雰囲気中で加熱処理して酸化亜鉛のウイスカーを製造することを特徴とする請求項5に記載の酸化亜鉛ウイスカーの製造方法。   A zinc oxide whisker is manufactured by heat-treating an alloy composed of 20 to 40% by mass of Zn, 0.5 to 3% by mass of Bi and Sn and the balance Cu, respectively, in an oxidizing atmosphere. Item 6. A method for producing a zinc oxide whisker according to Item 5.
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CN113173590A (en) * 2021-05-01 2021-07-27 百色学院 Method for preparing flaky alumina based on liquid metal

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