JP2010100510A - チタン酸アルミニウムセラミックスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
をより短時間で焼成してチタン酸アルミニウムセラミックスを製造しうる方法を提供する
。
【解決手段】本発明の製造方法は、チタニア源粉末およびアルミナ源粉末を混合し、粉砕
メディアの共存下に乾式にて加速度2G以上の粉砕条件で粉砕して前駆体混合物を得、得
られた前駆体混合物を焼成することを特徴とする。チタニア源粉末およびアルミナ源粉末
は、マグネシア源粉末やシリカ源粉末と共に混合してもよい。好ましくは振動ミルにより
粉砕する。本発明の製造方法により得られたチタン酸アルミニウムセラミックスを解砕す
ることによりチタン酸アルミニウムセラミックス粉末を製造できる。
【選択図】なし
Description
とにより得られ、耐熱性に優れたセラミックスとして知られており、例えば非特許文献1
〔Key Engineering Materials Vol.336-338(2007)P1327-1330〕には、チタニア源粉末お
よびアルミナ源粉末を水中に分散させた状態で粉砕し、蒸発乾固により水を留去すること
により粉末状の前駆体混合物を得たのち
、得られた前駆体混合物を焼成する方法が開示されている。
ルミナ源粉末を乾式で粉砕し、得られた粉末状の前駆体混合物を焼成する方法が開示され
ている。
ミックスを得るまでに長時間を要するという問題があった。
クスを製造しうる方法を開発するべく鋭意検討した結果、本発明に至った。
下に乾式にて加速度2G以上の粉砕条件で粉砕して前駆体混合物を得、得られた前駆体混
合物を焼成することを特徴とするチタン酸アルミニウムセラミックスの製造方法を提供す
るものである。
ミックスを製造することができる。
られる。酸化チタンとしては、例えば酸化チタン(IV)、酸化チタン(III)、酸化チタン(II
)などが挙げられ、酸化チタン(IV)が好ましく用いられる。酸化チタン(IV)の結晶型とし
ては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが挙げられ、アモルファスであって
もよく、より好ましくはアナターゼ型、ルチル型である。
)に導かれる化合物の粉末も挙げられる。かかる化合物としては、例えばチタニウム塩、
チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属など
が挙げられる。
タン(VI)、硫酸チタン(IV)などが挙げられる。チタニウムアルコキシドとして具体的には
、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)t−ブトキシド、チタン(I
V)イソブトキシド、チタン(IV)n−プロポキシド、チタン(IV)テトライソプロポキシドお
よびこれらのキレート化物などが挙げられる。
チタニア源粉末は、原料由来の、または製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。
ルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などが挙げられ、アモルファスであっ
てもよい。アルミナ源粉末として好ましくはα型のアルミナである。
粉末も挙げられる。掛かる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコ
キシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどが挙げられる。
い。アルミニウム無機塩として具体的には、例えば硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウム
アルミニウムなどのアルミニウム硝酸塩、炭酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニ
ウム炭酸塩などが挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば蓚酸アルミニウム、
酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニ
ウムなどが挙げられる。
ルミニウムエトキシド、アルミニウムsec−ブトキシド、アルミニウムtert−ブト
キシドなどが挙げられる。
ランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型などが挙げられ、不定形(アモルファス)
であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えばアルミニウム塩、
アルミニウムアルコキシドなどのような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解し
て得られるアルミニウム加水分解物も挙げられる。
アルミナ源粉末は、原料由来の、または製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。
源粉末の使用量およびアルミナ〔Al2O3〕換算のアルミナ源粉末の使用量の合計量10
0質量部あたり通常、チタニア換算のチタニア源粉末の使用量が30質量部〜70質量部
、アルミナ換算のアルミナ源粉末の使用量が70質量部〜30質量部、好ましくはチタニ
ア換算のチタニア源粉末の使用量が40質量部〜60質量部、アルミナ換算のアルミナ源
粉末の使用量が60質量部〜40質量部である。
れらの原料粉末を混合し、乾式にて粉砕して前駆体混合物を得るが、これらチタニア源粉
末およびアルミナ源粉末尾をマグネシア源粉末と共に混合し、乾式にて粉砕して前駆体混
合物を得てもよい。
。
合物も挙げられる。かかる化合物としては、例えばマグネシウム塩、マグネシウムアルコ
キシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどが挙げられる。
グネシウム、ピロリン酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムなどが
挙げられる。
キシドなどが挙げられる。
な粉末としては、例えばマグネシアスピネル(MgAl2O4)の粉末が挙げられる。
マグネシア源粉末は、原料由来の、または製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。
源粉末の使用量およびアルミナ〔Al2O3〕換算のアルミナ源粉末の使用量の合計量100質量部あたりマグネシア〔MgO〕換算のマグネシア源粉末の使用量で通常0.1質量部〜10質量部、好ましくは8質量部以下である。
に加えてマグネシア源粉末を原料粉末とし、これらの原料粉末を混合し、乾式にて粉砕し
て前駆体混合物を得るが、これらの原料粉末をシリカ源粉末と共に混合し、乾式にて粉砕
して前駆体混合物を得てもよい。
挙げられる。
末も挙げられる。かかる化合物としては、例えばケイ酸、炭化ケイ素、窒化ケイ素、硫化
ケイ素、四塩化ケイ素、酢酸ケイ素、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、ガラ
スフリットなどが挙げられ、好ましくは、工業的に入手が容易である点で、ガラスフリッ
トなどである。
末としては、例えば長石の粉末が挙げられる。
シリカ源粉末は、原料由来の、または製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。
末の使用量およびアルミナ〔Al2O3〕換算のアルミナ源粉末の使用量の合計量100質量部あたりシリカ〔SiO2〕換算のシリカ源粉末の使用量で通常0.1質量部〜20質量部、好ましくは10質量部以下である。
砕して前駆体混合物を得る。かかる粉砕は、通常、例えば、これらの原料粉末を混合し、
液体媒体中に分散させることなく、粉砕容器内で粉砕メディアの共存下に粉砕容器内で撹
拌することにより行われる。
面がフッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などでコーティングされていてもよい。粉
砕容器の内容積は、原料粉末および粉砕メディアの合計容積に対して通常1容量倍〜4容
量倍、好ましくは1.2容量倍〜3容量倍である。
動させたり、回転させることにより行われる。粉砕容器を振動または回転させることによ
り、原料粉末が粉砕メディアと共に撹拌されて混合されると共に、互いに衝突する粉砕メ
ディアや、粉砕メディアと粉砕容器の内壁との間に挟み込まれて粉砕される。粉砕容器を
振動または回転させるためには、例えば振動ミル、遊星ミル、などのような通常の粉砕機
を用いることができ、工業的規模での実施が容易である点で、振動ミルが好ましく用いら
れる。
の加速度の粉砕条件で、原料粉末を粉砕し、通常は20G以下、即ち重力加速度の20倍
以下の粉砕条件で粉砕する。
砕する場合、振動の振幅は通常2mm〜20mm、好ましくは12mm以下、振動数は通
常500回/分〜5000回/分である。粉砕は、連続式で行ってもよいし、回分式で行
ってもよいが、工業的規模での実施が容易である点で、連続式で行うことが好ましい。
い。
ロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール
類、トリエタノールアミンなどのアミン類、パルチミン酸、ステアリン酸、オレイン酸な
どの高級脂肪酸類、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素材料などが挙げられ、こ
れらはそれぞれ単独または2種以上を組合わせて用いられる。
源粉末およびマグネシア源粉末と、シリカ源粉末を用いる場合にはシリカ源粉末との合計
使用量100質量部あたり通常0.1質量部〜10質量部、好ましくは0.5質量部〜5
質量部、さらに好ましくは0.75質量部〜2質量部である。
かる前駆体混合物を焼成することにより、目的のチタン酸アルミニウムセラミックスを得
る。
ルミニウムマグネシウムが解砕し易いものである点で、通常1600℃以下、好ましくは
1550℃以下である。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではなく、通常は
2℃/時間〜500℃/時間である。焼成温度まで昇温する途中では、一定温度に保持す
る過程を設けてもよい。
源粉末およびマグネシア源粉末と、シリカ源粉末を用いる場合にはシリカ源粉末の種類や
使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、
一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また雰囲気中の
水蒸気分圧を低くして焼成してもよい。
ャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行われ
る。焼成は回分式で行ってもよいし、連続式で行ってもよい。また静置式で行ってもよい
し、流動式で行ってもよい。
分な時間であればよく、前駆体混合物の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などに
より異なるが、通常は10分〜24時間である。
もよい。成形に用いる成形機としては、一軸押出成形機、一軸プレス機、打錠機、造粒機
などが挙げられる。
分散剤、溶媒などの添加剤を添加して成形することができる。
メタクリル酸メチル等の樹脂類、でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物系材
料、氷またはドライアイス等などが挙げられる。
ウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類、ポリビニルアルコールなどのア
ルコール類、リグニンスルホン酸塩などの塩、パラフィンワックス、マイクロクリスタリ
ンワックス等のワックス、EVA、ポリエチレン、ポリスチレン、液晶ポリマー、エンジ
ニアリングプラスチックなどの熱可塑性樹脂などが挙げられる。なお、これらのバインダーには、造孔剤を兼ねるものがある。このような造孔剤を兼ねるバインダーは、成形時には粒子同士を接着して成形体を保形させるバインダーとして機能し、その後の焼成時にそれ自身が燃焼して空孔を形成させる造孔剤として機能するものであり、具体的にはポリエチレンなどが該当する場合がある。
、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、ステアリン
酸Alなどのステアリン酸金属塩などが挙げられる。かかる潤滑剤は通常、可塑剤として
も機能する。
。
は通常、塊状であるが、塊状のチタン酸アルミニウムセラミックスを解砕することにより
、チタン酸アルミニウムセラミックス粉末を得ることができる。解砕は、例えば手解砕、
乳鉢、ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体撹拌ミル、ピンミル、ジェットミル、ハン
マーミル、ロールミルなどの通常の解砕機を用いて行うことができる。解砕により得られ
たチタン酸アルミニウムセラミックス粉末は、通常の方法で分級してもよい。
これを取扱う際に、取扱容器などを磨耗させることがない。
タン酸アルミニウムセラミックス成形体を得ることができる。かかる成形体としては、例
えばルツボ、セッター、コウ鉢、炉材などの焼成炉用冶具、ディーゼルエンジン、ガソリ
ンエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられる排ガスフィルターや、触媒担体、
ビールなどの飲食物の濾過に用いる濾過フィルター、石油精製時に生じるガス成分、例え
ば一酸化炭素、二酸化炭素などや、窒素、酸素などを選択的に透過させるための選択透過
フィルターなどのセラミックスフィルター、基板、コンデンサーなどの電子部品などが挙
げられる。
れるものではない。
、粉末X線回折スペクトルにおける2θ=27.4°の位置に現れるピーク〔チタニア・
ルチル相(110)面〕の積分強度(IT)と、2θ=33.7°の位置に現れるピーク〔
チタン酸アルミニウム相(230)面またはチタン酸アルミニウムマグネシウム相(23
0)面〕の積分強度〔IAT〕と
から、式(1)
により算出した。
チタン酸アルミニウムの形状は、走査型電子顕微鏡〔SEM〕により観察して判定した。
酸化チタン粉末〔デュポン(株)、「R−900」〕19.6g、αアルミナ粉末〔住友化
学(株)製、「AES−12」〕27.0g、炭酸マグネシウム粉末〔神島化学(株)、「金
星」〕1.6gおよび粉末状長石〔特殊精礦(株)より入手した大平長石、型番「SS−3
00」〕1.8gを、アルミナビーズ〔直径15mm〕5kgと共にアルミナ製粉砕容器
〔内容積3.3L〕に投入した。これら酸化チタン粉末、αアルミナ粉末および長石の混
合物の合計容積は約50cm3であった。その後、粉砕容器を振動ミルにより振幅5.4
mm、振動数1760回/分〔加速度10G相当〕、動力5.4kWにて2分間振動させ
ることにより粉砕容器内の混合物を粉砕し、前駆体混合物を得た。この前駆体混合物のう
ち5gをアルミナ製ルツボに入れ、大気中、箱型電気炉により昇温速度300℃/時間で
1450℃まで昇温し、同温度を4時間保持することにより焼成した。その後、室温まで
放冷して、焼成物を得た。この焼成物を乳鉢にて解砕して粉末を得た。粉末X線回折法に
より、この粉末の回折スペクトルを得たところ、この粉末は、チタン酸アルミニウムマグ
ネシウムの結晶ピークを示した。この粉末のAT化率を求めたところ、100%であった
。また、この粉末の形状をSEMにて観察したところ、粉末を構成する粒子の殆どが概ね
球形であった。
実施例1で用いたと同じ酸化チタン粉末〔デュポン(株)、「R−900」〕、αアルミナ
粉末〔住友化学(株)製、「AES−12」〕、炭酸マグネシウム粉末〔神島化学(株)、「
金星」〕および長石〔特殊精礦(株)より入手した大平長石、型番「SS−300」〕をそ
れぞれ実施例1と同じ量だけ秤量し、ポリ袋中で混合して前駆体混合物を得た。この前駆
体混合物を粉砕することなく5gを秤取し、実施例1と同様にして焼成し、解砕して、粉
末を得た。この粉末の粉末X線回折スペクトルから、粉末を同定したところ、チタン酸ア
ルミニウムマグネシウム、チタニア(ルチル型)の回折ピークが確認できた。この粉末の
AT化率は50%であった。また、この粉末の形状をSEMにて観察したところ、殆どの
粒子が不定形状であった。
酸化チタン粉末〔R−900〕の使用量を23.0gとし、αアルミナ粉末〔AES−1
2〕の使用量を19.6gとし、炭酸マグネシウム粉末〔金星〕の使用量を4.0gとし
、長石〔SS−300〕の使用量を3.3gとした以外は実施例1と同様に操作して焼成
物を得、粉末を得た。得られた粉末は、チタン酸アルミニウムマグネシウムのX線回折ピ
ークを示し、そのAT化率は100%であった。また、この粉末は、粉末を構成する粒子
の殆どが概ね球形であった。
酸化チタン粉末〔R−900〕20.0g、αアルミナ粉末〔住友化学(株)製、「AES
−12」〕27.4g、マグネシア粉末〔宇部マテリアル(株)製、「UC−95M」〕0
.8gおよびガラスフリット〔タカラスタンダード(株)製、「CK5431M2」〕1.
8gをアルミナビーズ〔直径15mm〕5kgと共にアルミナ製粉砕容器〔内容積3.3
L〕に投入し、その後、実施例1と同様に操作して前駆体混合物を得、焼成物を得、粉末
を得た。粉末X線回折法により、この粉末の回折スペクトルを得たところ、この粉末は、
チタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶ピークを示した。この粉末のAT化率を求めた
ところ、100%であった。また、この粉末の形状をSEMにて観察したところ、粉末を
構成する粒子の殆どが概ね球形であった。
Claims (7)
- チタニア源粉末およびアルミナ源粉末を混合し、粉砕メディアの共存下に乾式にて加速度2G以上の粉砕条件で粉砕して前駆体混合物を得、得られた前駆体混合物を焼成することを特徴とするチタン酸アルミニウムセラミックスの製造方法。
- チタニア源粉末およびアルミナ源粉末をマグネシア源粉末と共に混合する請求項1に記載の製造方法。
- チタニア源粉末およびアルミナ源粉末をシリカ源粉末と共に混合する請求項1または請求項2に記載の製造方法。
- シリカ源粉末が、長石またはガラスフリットの粉末である請求項3に記載の製造方法。
- 振動ミルにより粉砕する請求項1〜請求項4のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の製造方法によりチタン酸アルミニウムセラミックスを得、得られたチタン酸アルミニウムセラミックスを解砕することを特徴とするチタン酸アルミニウムセラミックス粉末の製造方法。
- チタニア源粉末およびアルミナ源粉末を含み、焼成されることによりチタン酸アルミニムセラミックスに導かれる前駆体混合物を製造する方法であり、チタニア源粉末およびアルミナ源粉末を混合し、乾式にて加速度2G以上の粉砕条件で粉砕することを特徴とする前記前駆体混合物の製造方法。
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