JP7622435B2 - Plate-like spinel particles and method for producing same - Google Patents
Plate-like spinel particles and method for producing same Download PDFInfo
- Publication number
- JP7622435B2 JP7622435B2 JP2020565200A JP2020565200A JP7622435B2 JP 7622435 B2 JP7622435 B2 JP 7622435B2 JP 2020565200 A JP2020565200 A JP 2020565200A JP 2020565200 A JP2020565200 A JP 2020565200A JP 7622435 B2 JP7622435 B2 JP 7622435B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molybdenum
- less
- plate
- particles
- compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G39/00—Compounds of molybdenum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
- C04B35/443—Magnesium aluminate spinel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
本発明は、板状スピネル粒子及びその製造方法に関する。The present invention relates to plate-like spinel particles and a method for producing the same.
高アスペクト比の板状形状を持つ無機粒子は、その特異な形状による熱的特性及び光学特性等に特に優れている。現在、自動車や電子部品用途において、低誘電率(比誘電率)、Q値又は誘電正接、機械強度、熱伝導率、熱膨張係数等の物性により優れた無機フィラーが求められており、上記のような高アスペクト比を持つ無機粒子が注目されている。アスペクト比を持つ無機粒子としては、板状アルミナが挙げられ、熱伝導率や機械強度向上等の様々な研究がなされている。しかし、アルミナ固有の誘電正接は10-3と高いことにより、熱伝導率及び機械強度に加え低誘電正接を兼備したものは成し得ない。 Inorganic particles having a plate-like shape with a high aspect ratio are particularly excellent in thermal properties and optical properties due to their unique shape. Currently, in the fields of automobiles and electronic parts, inorganic fillers with excellent physical properties such as low dielectric constant (dielectric constant), Q value or dielectric loss tangent, mechanical strength, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient are required, and inorganic particles having a high aspect ratio as described above are attracting attention. An example of inorganic particles having an aspect ratio is plate-like alumina, and various studies have been conducted on improving thermal conductivity and mechanical strength. However, since the dielectric loss tangent inherent to alumina is as high as 10-3 , it is not possible to achieve a particle that has both a low dielectric loss tangent in addition to thermal conductivity and mechanical strength.
一方、低誘電率の無機粒子としては、MgAl2O4で表わされる、一般式AB2X4となる金属元素の複酸化物スピネル粒子が挙げられる。特許文献1及び2には、熱伝導性に優れるスピネル粒子が開示されている。 On the other hand, examples of inorganic particles having a low dielectric constant include double oxide spinel particles of metal elements having a general formula AB 2 X 4 , represented by MgAl 2 O 4. Patent Documents 1 and 2 disclose spinel particles having excellent thermal conductivity.
しかしながら、特許文献1、2等に開示された、従来のスピネル粒子においては、結晶子径が大きく、粒子自体の熱伝導率が優れ、かつ低誘電正接、あるいは耐薬品性に優れるであるものが得られる事例は見られるものの、低誘電正接及び高アスペクト比を有し、優れた機械強度を兼備するものは未だ見出されていない。However, while there are cases in which conventional spinel particles disclosed in Patent Documents 1 and 2 etc. have been obtained that have a large crystallite size, excellent thermal conductivity of the particles themselves, and a low dielectric tangent or excellent chemical resistance, no particles have yet been found that have a low dielectric tangent, a high aspect ratio, and excellent mechanical strength.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、誘電正接を低く保ちながら、優れた機械強度を有する板状スピネル粒子及びその製造方法を提供する。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides plate-like spinel particles having excellent mechanical strength while maintaining a low dielectric tangent, and a method for producing the same.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、モリブデンを含む板状α-アルミナ粒子及びマグネシウム化合物を焼成して得られたスピネル粒子は、アスペクト比が高く、機械強度に優れるのみならず、結晶子径も大きく熱伝導率に優れ、かつ誘電正接が極めて小さい板状の形状を有するものであることを見出し、本発明を完成するに至った。As a result of extensive research to achieve the above-mentioned objective, the inventors discovered that spinel particles obtained by sintering plate-like α-alumina particles containing molybdenum and a magnesium compound not only have a high aspect ratio and excellent mechanical strength, but also have a large crystallite diameter, excellent thermal conductivity, and a plate-like shape with an extremely small dielectric tangent, thereby completing the present invention.
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
(1)厚みTが0.01μm以上5μm以下であり、平均粒子径Lが0.1μm以上500μm以下であり、アスペクト比L/Tが3以上500以下であり、かつ粒子内にモリブデンを含む、板状スピネル粒子。
(2)前記モリブデンの含有量が、板状スピネル粒子100質量%に対して三酸化モリブデン換算で0.01質量%以上1質量%以下である、(1)に記載の板状スピネル粒子。
(3)X線回折法により得られる回折ピークの、(311)面に相当するピークの半値幅から算出される結晶子径が60nm以上である、(1)又は(2)に記載の板状スピネル粒子。
(4)板状スピネル粒子の製造方法は、(1)~(3)のいずれか一つに記載の板状スピネル粒子の製造方法であって、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物を、モリブデン存在下で、焼成させる、製造方法である。
(5)前記アルミニウム化合物が板状アルミナ粒子である、(4)に記載の製造方法。
(6)前記アルミニウム化合物がモリブデンを三酸化モリブデン換算で0.1質量%以上1質量%以下含む、(4)又は(5)に記載の製造方法。
(7)焼成時に形状制御剤としてナトリウム化合物又はカリウム化合物を用いる、(4)~(6)のいずれか一つに記載の製造方法。
(8)1300℃未満で焼成させる、(4)~(7)のいずれか一つに記載の製造方法。
(9)前記アルミニウム化合物及び前記マグネシウム化合物の平均粒子径が1μm以上10μm以下である、(4)~(8)のいずれか一つに記載の製造方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
(1) Plate-like spinel particles having a thickness T of 0.01 μm or more and 5 μm or less, an average particle diameter L of 0.1 μm or more and 500 μm or less, an aspect ratio L/T of 3 or more and 500 or less, and containing molybdenum within the particles.
(2) The plate-like spinel particles according to (1), wherein the molybdenum content is from 0.01% by mass to 1% by mass in terms of molybdenum trioxide, relative to 100% by mass of the plate-like spinel particles.
(3) The plate-like spinel particles according to (1) or (2), having a crystallite size of 60 nm or more calculated from the half-width of a diffraction peak corresponding to a (311) plane obtained by X-ray diffraction method.
(4) The method for producing plate-like spinel particles is the method for producing plate-like spinel particles according to any one of (1) to (3), which comprises calcining a magnesium compound and an aluminum compound in the presence of molybdenum.
(5) The method according to (4), wherein the aluminum compound is plate-like alumina particles.
(6) The method according to (4) or (5), wherein the aluminum compound contains molybdenum in an amount of 0.1 mass% or more and 1 mass% or less in terms of molybdenum trioxide.
(7) The method according to any one of (4) to (6), wherein a sodium compound or a potassium compound is used as a shape control agent during firing.
(8) The method according to any one of (4) to (7), wherein the firing is performed at a temperature of less than 1,300° C.
(9) The method according to any one of (4) to (8), wherein the aluminum compound and the magnesium compound have an average particle size of 1 μm or more and 10 μm or less.
上記態様の板状スピネル粒子及びその製造方法によれば、誘電正接を低く保ちながら、優れた機械強度を有する板状スピネル粒子を提供することができる。The plate-like spinel particles and the manufacturing method thereof of the above aspect can provide plate-like spinel particles having excellent mechanical strength while maintaining a low dielectric tangent.
以下、本発明の一実施形態に係る板状スピネル粒子及びその製造方法について詳細に説明する。 Below, we will explain in detail the plate-shaped spinel particles and their manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
≪板状スピネル粒子≫
実施形態に係る板状スピネル粒子は、厚みTが0.01μm以上5μm以下であり、平均粒子径Lが0.1μm以上500μm以下であり、かつアスペクト比L/Tが3以上500以下である。また、実施形態に係る板状スピネル粒子は、粒子内にモリブデンを含む。
<Plate-shaped spinel particles>
The plate-like spinel particles according to the embodiment have a thickness T of 0.01 μm or more and 5 μm or less, an average particle diameter L of 0.1 μm or more and 500 μm or less, and an aspect ratio L/T of 3 or more and 500 or less. In addition, the plate-like spinel particles according to the embodiment contain molybdenum therein.
一般に、「スピネル粒子」は、マグネシウム原子、アルミニウム原子、及び酸素原子を含むことから、通常、MgAl2O4の化学組成で表される。実施形態に係る板状スピネル粒子は粒子内にモリブデンを含み、モリブデンの含有形態は特に制限されないが、モリブデンがスピネル粒子表面に付着、被覆、結合、その他これに類する形態で配置される形態、モリブデンがスピネルに組み込まれる形態、これらの組み合わせが挙げられる。この際、「モリブデンがスピネルに組み込まれる形態」としては、スピネル粒子を構成する原子の少なくとも一部がモリブデンに置換する形態、スピネル粒子の結晶内部に存在しうる空間(結晶構造の欠陥により生じる空間等を含む)にモリブデンが配置される形態等が挙げられる。なお、前記置換する形態において、置換されるスピネル粒子を構成する原子としては、特に制限されず、マグネシウム原子、アルミニウム原子、酸素原子、他の原子のいずれであってもよい。
中でも、モリブデンは少なくともスピネルに組み込まれる形態で含有されることが好ましい。なお、モリブデンがスピネルに組み込まれている場合、例えば、洗浄による除去がされにくい傾向がある。
Generally, "spinel particles" contain magnesium atoms, aluminum atoms, and oxygen atoms, and are therefore usually represented by the chemical composition MgAl 2 O 4. The plate-like spinel particles according to the embodiment contain molybdenum within the particles, and the form of molybdenum inclusion is not particularly limited, but includes a form in which molybdenum is attached to, coated on, or bonded to the surface of the spinel particles, or arranged in a similar form, a form in which molybdenum is incorporated into the spinel, and combinations thereof. In this case, examples of the "form in which molybdenum is incorporated into the spinel" include a form in which at least a part of the atoms constituting the spinel particles is replaced with molybdenum, and a form in which molybdenum is arranged in a space that may exist inside the crystal of the spinel particle (including a space generated by a defect in the crystal structure). In the form of replacement, the atom constituting the spinel particle to be replaced is not particularly limited, and may be any of magnesium atoms, aluminum atoms, oxygen atoms, and other atoms.
In particular, molybdenum is preferably contained in a form in which it is at least incorporated into the spinel. When molybdenum is incorporated into the spinel, it tends to be difficult to remove by, for example, washing.
実施形態に係る板状スピネル粒子は、上記形状であることにより、誘電正接を低く保ちながら、機械強度に優れるものとすることができる。従来のスピネル粒子は、後述する実施例にも示すように、上記厚み、平均粒子径及びアスペクト比のうち少なくともいずれか1つの要件を満たさないものであった。そのため、従来のスピネル粒子は、おそらく板状でないか、粒子サイズが小さいために、誘電正接は低いが、機械強度に乏しいものであった。
実施形態に係る板状スピネル粒子は、特に、高アスペクト比であることから、優れた機械強度を発揮できるものと考えられる。
The plate-like spinel particles according to the embodiment have the above-mentioned shape, and therefore can have excellent mechanical strength while maintaining a low dielectric loss tangent. Conventional spinel particles, as shown in the examples described later, do not satisfy at least one of the above requirements of thickness, average particle size, and aspect ratio. Therefore, conventional spinel particles have low dielectric loss tangent but poor mechanical strength, probably because they are not plate-like or have a small particle size.
The plate-like spinel particles according to the embodiment have a particularly high aspect ratio, and are therefore believed to be capable of exhibiting excellent mechanical strength.
本明細書において、「アスペクト比」とは、スピネル粒子の平均粒子径を厚みで除した比である。また、ここでいう「板状」とは、アスペクト比が2以上であることを指す。なお、本明細書において、「スピネル粒子の厚み」は、走査型電子顕微鏡(SEM)により得られたイメージから、無作為に選出された少なくとも50個のスピネル粒子について測定された厚みの算術平均値とする。「粒径」は、スピネル粒子の輪郭線上の2点間の距離のうち、最大の長さとする。「スピネル粒子の平均粒子径」は走査型電子顕微鏡(SEM)により得られたイメージから、無作為に選出された少なくとも50個の板状スピネル粒子について測定された粒径の算術平均値とする。In this specification, the "aspect ratio" is the ratio of the average particle diameter of the spinel particles divided by the thickness. In addition, "plate-like" here refers to an aspect ratio of 2 or more. In this specification, the "thickness of the spinel particles" is the arithmetic mean value of the thicknesses measured for at least 50 spinel particles randomly selected from an image obtained by a scanning electron microscope (SEM). The "particle diameter" is the maximum length between two points on the outline of the spinel particle. The "average particle diameter of the spinel particles" is the arithmetic mean value of the particle diameters measured for at least 50 plate-like spinel particles randomly selected from an image obtained by a scanning electron microscope (SEM).
実施形態に係る板状スピネル粒子は、厚みが0.01μm以上5μm以下であり、0.05μm以上3μm以下が好ましく、0.1μm以上1μm以下がより好ましく、0.15μm以上0.75μm以下がさらに好ましく、0.2μm以上0.5μm以下が特に好ましく、0.2μm以上0.47μm以下が最も好ましい。板状スピネル粒子の厚みが上記範囲内であることで、機械強度により優れたものとすることができる。The plate-like spinel particles according to the embodiment have a thickness of 0.01 μm or more and 5 μm or less, preferably 0.05 μm or more and 3 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less, even more preferably 0.15 μm or more and 0.75 μm or less, particularly preferably 0.2 μm or more and 0.5 μm or less, and most preferably 0.2 μm or more and 0.47 μm or less. Having the thickness of the plate-like spinel particles within the above range allows the particles to have superior mechanical strength.
実施形態に係る板状スピネル粒子は、平均粒子径が0.1μm以上500μm以下であり、0.3μm以上100μm以下が好ましく、0.5μm以上50μm以下がより好ましく、1μm以上30μm以下がさらに好ましく、1μm以上20μm以下がよりさらに好ましく、1μm以上10μm以下が特に好ましく、4μm以上9μm以下が最も好ましい。板状スピネル粒子の平均粒子径が上記下限値以上であることで、樹脂等と混合する場合に粘度の上昇をより効果的に抑制することができ、一方で、上記上限値以下であることで、板状スピネル粒子を含む成形品の表面をより平滑なものとすることができる。The plate-like spinel particles according to the embodiment have an average particle size of 0.1 μm or more and 500 μm or less, preferably 0.3 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, even more preferably 1 μm or more and 30 μm or less, even more preferably 1 μm or more and 20 μm or less, particularly preferably 1 μm or more and 10 μm or less, and most preferably 4 μm or more and 9 μm or less. By having the average particle size of the plate-like spinel particles be equal to or more than the lower limit, it is possible to more effectively suppress the increase in viscosity when mixed with a resin or the like, while by having the average particle size be equal to or less than the upper limit, it is possible to make the surface of a molded article containing the plate-like spinel particles smoother.
実施形態に係る板状スピネル粒子は、アスペクト比が3以上500以下であり、5以上100以下が好ましく、7以上50以下がより好ましく、9以上30以下がさらに好ましく、10以上25以下がよりさらに好ましく、12以上23以下が特に好ましく、14.5以上20以下が最も好ましい。アスペクト比が上記下限値以上であることで、より機械強度に優れたものとなる傾向があり、一方で、上記上限値以下であることで、板状スピネル粒子を含む成形品の表面をより平滑なものとすることができる。The plate-like spinel particles according to the embodiment have an aspect ratio of 3 or more and 500 or less, preferably 5 or more and 100 or less, more preferably 7 or more and 50 or less, even more preferably 9 or more and 30 or less, even more preferably 10 or more and 25 or less, particularly preferably 12 or more and 23 or less, and most preferably 14.5 or more and 20 or less. An aspect ratio of equal to or more than the lower limit mentioned above tends to result in superior mechanical strength, while an aspect ratio of equal to or less than the upper limit mentioned above can result in a molded article containing the plate-like spinel particles with a smoother surface.
上記の好ましいスピネル粒子の形状について、厚み、平均粒子径、及びアスペクト比の条件は、それが板状である範囲で、どのように組み合わせることもできる。Regarding the preferred spinel particle shapes described above, the conditions of thickness, average particle size, and aspect ratio can be combined in any way as long as they are plate-like.
実施形態に係る板状スピネル粒子は、円形板状や楕円形板状であってもよいが、粒子形状は、例えば、六角~八角といった多角板状であることが、誘電正接等の特性や、取り扱い性、製造のし易さ等の点から好ましい。The plate-like spinel particles according to the embodiment may be circular or elliptical plate-like, but it is preferable that the particle shape be polygonal, for example, hexagonal to octagonal, in terms of characteristics such as dielectric tangent, ease of handling, ease of production, etc.
実施形態に係る板状スピネル粒子の(311)面の結晶子径は、60nm以上が好ましく、65nm以上がより好ましく、66nm以上がさらに好ましく、70nm以上がよりさらに好ましい。一方で、(311)面の結晶子径の上限は特別な限定はなく、例えば、200nm以下とすることができ、150nm以下とすることができ、100nm以下とすることができ、90nm以下とすることができ、82nm以下とすることができる。
ここで、(311)面はスピネル粒子の主要な結晶ドメインの1つであり、当該(311)面の結晶ドメインの大きさが(311)面の結晶子径に相当する。当該結晶子径が大きいほど粒子の緻密性及び結晶性が高く、フォノンの散乱が起こる乱れ部分がないことを意味するため、熱伝導性が高いということができる。なお、スピネル粒子の(311)面の結晶子径は、後述する製造方法の条件を適宜設定することで制御することができる。また、本明細書において「(311)面の結晶子径」の値は、X線回折(XRD)を用いて測定された(311)面に帰属されるピーク(2θ=37度付近に出現するピーク)の半値幅からシェラー式を用いて算出された値を採用するものとする。なお、ここでいう「37度付近」とは、37度±0.5度の範囲を意味する。
The crystallite size of the (311) plane of the plate-like spinel particles according to the embodiment is preferably 60 nm or more, more preferably 65 nm or more, even more preferably 66 nm or more, and even more preferably 70 nm or more. On the other hand, there is no particular upper limit to the crystallite size of the (311) plane, and it can be, for example, 200 nm or less, 150 nm or less, 100 nm or less, 90 nm or less, or 82 nm or less.
Here, the (311) plane is one of the main crystal domains of the spinel particles, and the size of the crystal domain of the (311) plane corresponds to the crystallite diameter of the (311) plane. The larger the crystallite diameter, the higher the density and crystallinity of the particle, which means that there is no disturbance where phonons are scattered, and therefore the thermal conductivity is high. The crystallite diameter of the (311) plane of the spinel particles can be controlled by appropriately setting the conditions of the manufacturing method described below. In addition, in this specification, the value of the "crystallite diameter of the (311) plane" is adopted as the value calculated using the Scherrer formula from the half-width of the peak (peak appearing around 2θ = 37 degrees) belonging to the (311) plane measured using X-ray diffraction (XRD). In addition, "around 37 degrees" here means the range of 37 degrees ± 0.5 degrees.
上述のとおりスピネル粒子は、マグネシウム原子、アルミニウム原子、及び、酸素原子を含み、一般的には、MgAl2O4の組成で表される。また、実施形態に係る板状スピネル粒子は、モリブデンを含む。また、実施形態に係る板状スピネル粒子は、本発明の効果を損なわない限り、その他、不可避不純物、他の原子等が含まれていてもよい。 As described above, the spinel particles contain magnesium atoms, aluminum atoms, and oxygen atoms, and are generally represented by the composition MgAl 2 O 4. The plate-like spinel particles according to the embodiment contain molybdenum. The plate-like spinel particles according to the embodiment may also contain other inevitable impurities, other atoms, etc., as long as they do not impair the effects of the present invention.
<各原子の含有量>
スピネル粒子中のマグネシウム原子の含有量は、特に制限されないが、例えば、アルミニウム原子のモル量が2モルである場合、0.8モル以上1.2モル以下であることが好ましく、0.9モル以上1.1モル以下であることがより好ましい。
スピネル粒子中のアルミニウム原子の含有量は、特に制限されないが、例えば、マグネシウム原子のモル量を1モルとした場合、1.8モル以上2.2モル以下であることが好ましく、1.9モル以上2.1モル以下であることがより好ましい。
なお、スピネル粒子中のマグネシウム原子及びアルミニウム原子の含有量は誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-AES)により測定することができる。
スピネル粒子中の酸素原子の含有量は、特に制限されないが、マグネシウム原子及びアルミニウム原子のモル量に応じて決まる。例えば、マグネシウム原子及びアルミニウム原子がそれぞれ1モルと2モルである場合、スピネル粒子中の酸素原子の含有量は、3.8モル以上4.2モル以下であることが好ましく、3.9モル以上4.1モル以下であることがより好ましい。
<Content of each atom>
The content of magnesium atoms in the spinel particles is not particularly limited, but for example, when the molar amount of aluminum atoms is 2 moles, the content is preferably 0.8 moles or more and 1.2 moles or less, and more preferably 0.9 moles or more and 1.1 moles or less.
The content of aluminum atoms in the spinel particles is not particularly limited, but for example, when the molar amount of magnesium atoms is taken as 1 mol, the content is preferably 1.8 mol or more and 2.2 mol or less, and more preferably 1.9 mol or more and 2.1 mol or less.
The contents of magnesium atoms and aluminum atoms in the spinel particles can be measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES).
The content of oxygen atoms in the spinel particles is not particularly limited, but is determined according to the molar amounts of magnesium atoms and aluminum atoms. For example, when the magnesium atoms and aluminum atoms are 1 mol and 2 mol, respectively, the content of oxygen atoms in the spinel particles is preferably 3.8 mol or more and 4.2 mol or less, more preferably 3.9 mol or more and 4.1 mol or less.
<モリブデン>
モリブデンは、後述する製造方法に起因して含有されうる。
<Molybdenum>
Molybdenum may be contained as a result of the production method described below.
当該モリブデンとしては、特に制限されないが、モリブデン金属の他、酸化モリブデンや一部が還元されたモリブデン化合物等が含まれる。モリブデンは、MoO3として板状スピネル粒子に含まれると考えられるが、MoO3以外にもMoO2やMoO等として板状スピネル粒子に含まれてもよい。 The molybdenum is not particularly limited, and includes, in addition to molybdenum metal, molybdenum oxide, partially reduced molybdenum compounds, etc. Molybdenum is considered to be contained in the plate-like spinel particles as MoO3 , but may also be contained in the plate-like spinel particles as MoO2 , MoO, etc., other than MoO3 .
モリブデンの含有形態は、特に制限されず、板状スピネル粒子の表面に付着、被覆、結合、その他これに類する形態で配置される形態で含まれていてもよく、モリブデンがスピネルに組み込まれる形態で含まれていてもよく、これらの組み合わせであってもよい。The form in which molybdenum is contained is not particularly limited, and it may be contained in a form in which it is attached to, coated on, bonded to, or disposed in a similar manner on the surface of the plate-like spinel particles, or it may be contained in a form in which molybdenum is incorporated into the spinel, or a combination of these.
モリブデンの含有量は、特に制限されないが、実施形態に係る板状スピネル粒子の高熱伝導性の観点から、板状スピネル粒子100質量%に対して、三酸化モリブデン換算で1質量%以下であることが好ましく、0.8質量%以下であることがより好ましく、板状スピネル粒子がより高い緻密性を示す観点から、0.7質量%以下であることがさらに好ましく、0.65質量%以下がよりさらに好ましく、0.61質量%以下が特に好ましい。一方で、モリブデンの含有量の下限は特に限定されないが、例えば0.01質量以上とすることができ、0.05質量%以上とすることができ、0.1質量%以上とすることができ、0.15質量%以上とすることができ、0.2質量%以上とすることができ、0.25質量%以上とすることができ、0.31質量%以上とすることができる。なお、本明細書において、板状スピネル粒子中のモリブデンの含有量は、XRF分析により求めることができる。XRF分析は、後述する実施例に記載の測定条件と同一の条件、又は同一の測定結果が得られる互換性のある条件のもと実施されるものとする。The molybdenum content is not particularly limited, but from the viewpoint of high thermal conductivity of the plate-like spinel particles according to the embodiment, it is preferably 1 mass% or less in terms of molybdenum trioxide relative to 100 mass% of the plate-like spinel particles, more preferably 0.8 mass% or less, and from the viewpoint of the plate-like spinel particles exhibiting higher density, it is even more preferably 0.7 mass% or less, even more preferably 0.65 mass% or less, and particularly preferably 0.61 mass% or less. On the other hand, the lower limit of the molybdenum content is not particularly limited, but can be, for example, 0.01 mass% or more, 0.05 mass% or more, 0.1 mass% or more, 0.15 mass% or more, 0.2 mass% or more, 0.25 mass% or more, or 0.31 mass% or more. In this specification, the molybdenum content in the plate-like spinel particles can be determined by XRF analysis. The XRF analysis is performed under the same conditions as the measurement conditions described in the examples described later, or under compatible conditions that give the same measurement results.
<不可避不純物>
不可避不純物は、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に板状スピネル粒子に混入するものであり、本来は不要なものであるが、微量であり、板状スピネル粒子の特性に影響を及ぼさない不純物を意味する。
<Inevitable impurities>
Inevitable impurities are impurities that are present in raw materials or that are inevitably mixed into the tabular spinel particles during the production process, and are essentially unnecessary, but are present in trace amounts and do not affect the properties of the tabular spinel particles.
不可避不純物としては、特に制限されないが、ケイ素、鉄、カリウム、ナトリウム、カルシウム等が挙げられる。これらの不可避不純物は単独で含まれていても、2種以上が含まれていてもよい。 Examples of unavoidable impurities include, but are not limited to, silicon, iron, potassium, sodium, calcium, etc. These unavoidable impurities may be contained alone or in combination of two or more kinds.
板状スピネル粒子中の不可避不純物の含有量は、板状スピネル粒子の質量に対して、10000ppm以下であることが好ましく、1000ppm以下であることがより好ましく、10ppm以上500ppm以下であることがさらに好ましい。The content of unavoidable impurities in the plate-like spinel particles is preferably 10,000 ppm or less, more preferably 1,000 ppm or less, and even more preferably 10 ppm or more and 500 ppm or less, relative to the mass of the plate-like spinel particles.
<他の原子>
他の原子は、本発明の効果を阻害しない範囲において、着色、発光、スピネル粒子の形成制御等を目的として意図的にスピネル粒子に添加されるものを意味する。
<Other atoms>
The other atoms refer to atoms that are intentionally added to the spinel particles for the purposes of coloring, luminescence, controlling the formation of spinel particles, and the like, within the scope of not impairing the effects of the present invention.
他の原子としては、特に制限されないが、亜鉛、コバルト、ニッケル、鉄、マンガン、チタン、ジルコニウム、カルシウム、ストロンチウム、イットリウム等が挙げられる。これらの他の原子は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The other atoms include, but are not limited to, zinc, cobalt, nickel, iron, manganese, titanium, zirconium, calcium, strontium, yttrium, etc. These other atoms may be used alone or in combination of two or more.
板状スピネル粒子中の他の原子の含有量は、板状スピネル粒子100質量%に対して、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、2質量%以下であることがさらに好ましい。The content of other atoms in the plate-like spinel particles is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or less, based on 100% by mass of the plate-like spinel particles.
≪板状スピネル粒子の製造方法≫
実施形態に係る板状スピネル粒子の製造方法は、特に限定されず、公知の技術が適宜適用され得るが、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物を、モリブデン存在下で、焼成させる工程(焼成工程)を含む製造方法が好ましい。焼成工程は焼成対象の混合物を得る工程(混合工程)で得られた混合物を焼成する工程であってもよい。
<Method for producing plate-shaped spinel particles>
The method for producing the plate-like spinel particles according to the embodiment is not particularly limited and any known technique may be appropriately applied, but a production method including a step of calcining a magnesium compound and an aluminum compound in the presence of molybdenum (calcination step) is preferred. The calcination step may be a step of calcining a mixture obtained in a step of obtaining a mixture to be calcined (mixing step).
<混合工程>
混合工程は、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物、モリブデン等の原料を混合して混合物とする工程である。この際、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物の混合状態は、特に限定されない。両者を混合する場合には、粉体を混ぜ合わせる簡便な混合、粉砕機やミキサー等を用いた機械的な混合、乳鉢等を用いた混合等が行われる。この際、得られる混合物は、乾式状態、湿式状態のいずれであってもよいが、コストの観点から乾式状態であることが好ましい。
<Mixing step>
The mixing step is a step of mixing raw materials such as a magnesium compound, an aluminum compound, and molybdenum to obtain a mixture. In this case, the mixed state of the magnesium compound and the aluminum compound is not particularly limited. When mixing the two, simple mixing of mixing powders, mechanical mixing using a grinder or mixer, mixing using a mortar, etc. are performed. In this case, the obtained mixture may be in either a dry state or a wet state, but is preferably in a dry state from the viewpoint of cost.
混合工程において、マグネシウム化合物とアルミニウム化合物との混合比は特別な限定はないが、マグネシウム化合物のマグネシウム元素に対するアルミニウム化合物のアルミニウム元素のモル比(アルミニウム元素/マグネシウム元素)が、1.8以上2.2以下となるように混合することが好ましく、1.9以上2.1以下となるように混合することがより好ましい。
以下、混合物の内容について説明する。
In the mixing step, the mixing ratio of the magnesium compound and the aluminum compound is not particularly limited, but they are preferably mixed so that the molar ratio of the magnesium element of the magnesium compound to the aluminum element of the aluminum compound (aluminum element/magnesium element) is 1.8 or more and 2.2 or less, and more preferably 1.9 or more and 2.1 or less.
The contents of the mixture will be described below.
[マグネシウム化合物]
マグネシウム化合物としては、特に制限されないが、金属マグネシウム、マグネシウム誘導体、マグネシウムオキソ酸塩、マグネシウム有機塩、及びこれらの水和物等が挙げられる。マグネシウム誘導体としては、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、過酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、水素化マグネシウム、二ホウ化マグネシウム、窒化マグネシウム、硫化マグネシウム等が挙げられる。マグネシウムオキソ酸塩としては、例えば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸三マグネシウム、過マンガン酸マグネシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられる。マグネシウム有機塩としては、例えば、酢酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、リンゴ酸マグネシウム、グルタミン酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、アクリル酸マグネシウム、メタクリル酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ナフテン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、モノペルオキシフタル酸マグネシウム等が挙げられる。なお、これらマグネシウム化合物は単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硝酸マグネシウム又は硫酸マグネシウムであることが好ましく、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム又は酢酸マグネシウムであることがより好ましい。
[Magnesium compounds]
The magnesium compound is not particularly limited, and examples thereof include metallic magnesium, magnesium derivatives, magnesium oxoacid salts, magnesium organic salts, and hydrates thereof. Examples of magnesium derivatives include magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium peroxide, magnesium fluoride, magnesium chloride, magnesium bromide, magnesium iodide, magnesium hydride, magnesium diboride, magnesium nitride, magnesium sulfide, and the like. Examples of magnesium oxoacid salts include magnesium carbonate, calcium magnesium carbonate, magnesium nitrate, magnesium sulfate, magnesium sulfite, magnesium perchlorate, trimagnesium phosphate, magnesium permanganate, magnesium phosphate, and the like. Examples of magnesium organic salts include magnesium acetate, magnesium citrate, magnesium malate, magnesium glutamate, magnesium benzoate, magnesium stearate, magnesium acrylate, magnesium methacrylate, magnesium gluconate, magnesium naphthenate, magnesium salicylate, magnesium lactate, magnesium monoperoxyphthalate, and the like. These magnesium compounds may be used alone or in combination of two or more.
Among these, magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium acetate, magnesium nitrate, or magnesium sulfate is preferred, and magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium nitrate, or magnesium acetate is more preferred.
マグネシウム化合物の平均粒子径は、特に限定されないが、1μm以上10μm以下が好ましく、1.5μm以上5μm以下がより好ましく、2μm以上4μm以下がさらに好ましく、2.5μm以上3.5μm以上が特に好ましい。マグネシウム化合物の平均粒子径が上記下限値以上であると、スピネル結晶化において粒子凝集をより効果的に防止し得る。一方、マグネシウム化合物の平均粒子径が上記上限値以下であると、スピネル結晶化が粒子の中心部までより効率よく進行し得る。The average particle size of the magnesium compound is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, more preferably 1.5 μm or more and 5 μm or less, even more preferably 2 μm or more and 4 μm or less, and particularly preferably 2.5 μm or more and 3.5 μm or more. If the average particle size of the magnesium compound is equal to or more than the lower limit, particle aggregation during spinel crystallization can be more effectively prevented. On the other hand, if the average particle size of the magnesium compound is equal to or less than the upper limit, spinel crystallization can proceed more efficiently to the center of the particle.
マグネシウム化合物は市販品を使用してもよく、自ら調製してもよい。
マグネシウム化合物を自ら調製する場合、反応性を調整することができる。例えば、マグネシウムイオンの酸性水溶液を塩基で中和することで粒子径の小さい水酸化マグネシウムを得ることができる。得られる粒径の小さい水酸化マグネシウムは反応性が高いため、これを用いて得られるスピネルの結晶子径は大きくなる傾向がある。
The magnesium compound may be a commercially available product or may be prepared by oneself.
When preparing magnesium compounds by oneself, the reactivity can be adjusted. For example, magnesium hydroxide with a small particle size can be obtained by neutralizing an acidic aqueous solution of magnesium ions with a base. The resulting magnesium hydroxide with a small particle size has high reactivity, so the crystallite size of the spinel obtained using it tends to be large.
[アルミニウム化合物]
アルミニウム化合物としては、特に限定されないが、アルミニウム金属、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、擬ベーマイト、酸化アルミニウム等が挙げられる。酸化アルミニウムとしては、例えば、酸化アルミニウム水和物、β-酸化アルミニウム、γ-酸化アルミニウム、δ-酸化アルミニウム、θ-酸化アルミニウム、α-酸化アルミニウム、2種以上の結晶相を有する混合酸化アルミニウム等が挙げられる。
[Aluminum Compounds]
The aluminum compound is not particularly limited, but examples thereof include aluminum metal, aluminum chloride, aluminum sulfate, basic aluminum acetate, aluminum hydroxide, boehmite, pseudo-boehmite, aluminum oxide, etc. Examples of aluminum oxide include aluminum oxide hydrate, β-aluminum oxide, γ-aluminum oxide, δ-aluminum oxide, θ-aluminum oxide, α-aluminum oxide, mixed aluminum oxide having two or more crystal phases, etc.
上述のアルミニウム化合物は、酸化アルミニウムであることが好ましく、α結晶、β結晶、γ結晶、δ結晶及びθ結晶からなる群から選択される少なくとも1つの結晶形態を有する酸化アルミニウムであることが好ましく、α結晶を有する酸化アルミニウムであることがより好ましい。The above-mentioned aluminum compound is preferably aluminum oxide, and is preferably aluminum oxide having at least one crystal form selected from the group consisting of α-crystals, β-crystals, γ-crystals, δ-crystals and θ-crystals, and is more preferably aluminum oxide having α-crystals.
また、上述のアルミニウム化合物はモリブデンを含むことが好ましい。この際、前記モリブデンを含むアルミニウム化合物のモリブデン含有形態は、特に制限されないが、スピネル粒子と同様に、モリブデンがアルミニウム化合物表面に付着、被覆、結合、その他これに類する形態で配置される形態、モリブデンがアルミニウム化合物に組み込まれる形態、これらの組み合わせが挙げられる。この際、「モリブデンがアルミニウム化合物に組み込まれる形態」としては、アルミニウム化合物を構成する原子の少なくとも一部がモリブデンに置換する形態、アルミニウム化合物の結晶内部に存在しうる空間(結晶構造の欠陥により生じる空間等を含む)にモリブデンが配置される形態等が挙げられる。なお、前記置換する形態において、置換されるアルミニウム化合物を構成する原子としては、特に制限されず、アルミニウム原子、酸素原子、他の原子のいずれであってもよい。In addition, the above-mentioned aluminum compound preferably contains molybdenum. In this case, the molybdenum-containing form of the aluminum compound containing molybdenum is not particularly limited, but may be, as with spinel particles, a form in which molybdenum is attached to the surface of the aluminum compound, coated, bonded, or arranged in other similar forms, a form in which molybdenum is incorporated into the aluminum compound, or a combination thereof. In this case, examples of the "form in which molybdenum is incorporated into the aluminum compound" include a form in which at least a part of the atoms constituting the aluminum compound is replaced with molybdenum, and a form in which molybdenum is arranged in a space that may exist inside the crystal of the aluminum compound (including a space generated by a defect in the crystal structure). In the above-mentioned form of substitution, the atom constituting the aluminum compound to be substituted is not particularly limited, and may be any of aluminum atoms, oxygen atoms, and other atoms.
上述のアルミニウム化合物のうち、モリブデンを含むアルミニウム化合物を用いることが好ましく、モリブデンが組み込まれたアルミニウム化合物を用いることがより好ましい。Of the above-mentioned aluminum compounds, it is preferable to use an aluminum compound containing molybdenum, and it is more preferable to use an aluminum compound incorporating molybdenum.
モリブデンを含むアルミニウム化合物が好ましい理由は必ずしも明らかではないが、以下のメカニズムによるものと推察される。すなわち、アルミニウム化合物に含まれるモリブデンが固相界面における核形成の促進、アルミニウム原子とマグネシウム原子の固相拡散の促進等の機能を果たし、アルミニウム化合物とマグネシウム化合物との固相反応がより好適に進行するものと考えられる。すなわち、後述するように、モリブデンを含むアルミニウム化合物は、アルミニウム化合物、かつ、モリブデンとしての機能を有しうるのである。特に、モリブデンが組み込まれたアルミニウム化合物は、反応点に直接又は近接した部分にモリブデンが配置されることとなり、モリブデンによる効果をより効果的に発揮しうる。なお、上記メカニズムはあくまで推測のものであり、上記メカニズムと異なるメカニズムで所望の効果が得られる場合であっても、技術的範囲に含まれる。 The reason why aluminum compounds containing molybdenum are preferred is not entirely clear, but it is presumed to be due to the following mechanism. That is, the molybdenum contained in the aluminum compound functions to promote nucleation at the solid-phase interface and promote solid-phase diffusion of aluminum atoms and magnesium atoms, and it is believed that the solid-phase reaction between the aluminum compound and the magnesium compound proceeds more favorably. That is, as described below, aluminum compounds containing molybdenum can function as both an aluminum compound and molybdenum. In particular, aluminum compounds incorporating molybdenum have molybdenum located directly or in close proximity to the reaction point, and can more effectively exert the effects of molybdenum. Note that the above mechanism is merely speculative, and even if the desired effect is obtained by a mechanism different from the above mechanism, it is still within the technical scope.
アルミニウム化合物の形状については特に限定されないが、多面体状、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、針状、棒状、板状、円板状、薄片状、鱗片状等が挙げられる。中でも、後述において説明するとおり、実施形態に係る製造方法では、アルミニウム化合物の形状を反映したスピネル粒子が得られる傾向があることから、板状であることが好ましい。The shape of the aluminum compound is not particularly limited, but examples include polyhedral, spherical, elliptical, cylindrical, polygonal columnar, needle-like, rod-like, plate-like, disk-like, flake-like, and scale-like shapes. Among these, plate-like shapes are preferred, since the manufacturing method according to the embodiment tends to produce spinel particles that reflect the shape of the aluminum compound, as will be described later.
アルミニウム化合物の平均粒子径は、特に限定されないが、得たい板状スピネルの粒子径に応じ適宜調整する。アルミニウム化合物の平均粒子径は、0.1μm以上500μm以下であり、0.3μm以上100μm以下が好ましく、0.5μm以上50μm以下がより好ましく、1μm以上30μm以下がさらに好ましく、1μm以上20μm以下がよりさらに好ましく、1μm以上10μm以下が特に好ましく、3.8μm以上7.0μm以下が最も好ましい。アルミニウム化合物の平均粒子径が上記下限値以上であると、スピネル結晶化において粒子凝集をより効果的に防止し得る。一方、アルミニウム化合物の平均粒子径が上記上限値以下であると、スピネル結晶化が粒子の中心部までより効率よく進行し得る。The average particle size of the aluminum compound is not particularly limited, but is adjusted appropriately according to the particle size of the plate-like spinel to be obtained. The average particle size of the aluminum compound is 0.1 μm or more and 500 μm or less, preferably 0.3 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, even more preferably 1 μm or more and 30 μm or less, even more preferably 1 μm or more and 20 μm or less, particularly preferably 1 μm or more and 10 μm or less, and most preferably 3.8 μm or more and 7.0 μm or less. If the average particle size of the aluminum compound is equal to or more than the lower limit, particle aggregation during spinel crystallization can be more effectively prevented. On the other hand, if the average particle size of the aluminum compound is equal to or less than the upper limit, spinel crystallization can proceed more efficiently to the center of the particle.
また、アルミニウム化合物の厚みは0.01μm以上5μm以下であり、0.05μm以上3μm以下が好ましく、0.1μm以上1μm以下がより好ましく、0.15μm以上0.75μm以下がさらに好ましく、0.2μm以上0.5μm以下が特に好ましい。アルミニウム化合物の厚みが上記範囲内であることで、アスペクト比のより大きい板状スピネル粒子を得ることができる。The thickness of the aluminum compound is 0.01 μm or more and 5 μm or less, preferably 0.05 μm or more and 3 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less, even more preferably 0.15 μm or more and 0.75 μm or less, and particularly preferably 0.2 μm or more and 0.5 μm or less. By having the thickness of the aluminum compound within the above range, it is possible to obtain plate-like spinel particles with a larger aspect ratio.
また、アルミニウム化合物のアスペクト比は3以上500以下であり、5以上100以下が好ましく、7以上50以下がより好ましく、9以上30以下がさらに好ましく、10以上25以下が特に好ましい。アスペクト比が上記下限値以上であることで、より機械強度に優れた板状スピネル粒子が得られ、一方で、上記上限値以下であることで、表面がより平滑な成形品や塗膜が得られる板状スピネル粒子となる。The aspect ratio of the aluminum compound is from 3 to 500, preferably from 5 to 100, more preferably from 7 to 50, even more preferably from 9 to 30, and particularly preferably from 10 to 25. When the aspect ratio is equal to or more than the lower limit, plate-like spinel particles having superior mechanical strength can be obtained, while when the aspect ratio is equal to or less than the upper limit, plate-like spinel particles can be obtained that have molded products or coatings with smoother surfaces.
アルミニウム化合物は、市販品を使用してもよいし、自ら調製したものを使用してもよい。アルミニウム化合物を自ら調製する場合、例えば、モリブデンを含むアルミニウム化合物は、以下に詳述するフラックス法により調製することができる。すなわち、好ましい一実施形態において、スピネル粒子の製造方法は、フラックス法によりアルミニウム化合物を調製する工程をさらに含む。The aluminum compound may be a commercially available product or may be prepared by oneself. When preparing the aluminum compound by oneself, for example, an aluminum compound containing molybdenum can be prepared by the flux method described in detail below. That is, in a preferred embodiment, the method for producing spinel particles further includes a step of preparing the aluminum compound by the flux method.
フラックス法は、上述した固相法とは異なり、液相法、中でも溶液法に分類される。フラックス法とは、より詳細には、結晶-フラックス2成分系状態図が共晶型を示すことを利用した結晶成長の方法である。フラックス法のメカニズムとしては、以下のとおりであると推測される。すなわち、溶質及びフラックスの混合物を加熱していくと、溶質及びフラックスは液相となる。この際、フラックスは融剤であるため、換言すれば、溶質-フラックス2成分系状態図が共晶型を示すため、溶質は、その融点よりも低い温度で溶融し、液相を構成することとなる。この状態で、フラックスを蒸発させると、フラックスの濃度は低下し、換言すれば、フラックスによる前記溶質の融点低下効果が低減し、フラックスの蒸発が駆動力となって溶質の結晶成長が起こる(フラックス蒸発法)。なお、溶質及びフラックスは液相を冷却することによっても溶質の結晶成長を起こすことができる(徐冷法)。 The flux method is different from the solid-phase method described above and is classified as a liquid-phase method, especially a solution method. More specifically, the flux method is a crystal growth method that utilizes the fact that the crystal-flux two-component phase diagram shows a eutectic type. The mechanism of the flux method is presumed to be as follows. That is, when a mixture of solute and flux is heated, the solute and flux become liquid phase. In this case, since the flux is a flux, in other words, since the solute-flux two-component phase diagram shows a eutectic type, the solute melts at a temperature lower than its melting point and forms a liquid phase. If the flux is evaporated in this state, the concentration of the flux decreases, in other words, the effect of the flux in lowering the melting point of the solute is reduced, and the evaporation of the flux becomes the driving force for the crystal growth of the solute (flux evaporation method). The solute and flux can also cause crystal growth of the solute by cooling the liquid phase (slow cooling method).
フラックス法は、融点よりもはるかに低い温度で結晶成長をさせることができる、結晶構造を精密に制御できる、自形をもつ多面体結晶体を形成できる等のメリットを有する。The flux method has the advantages of allowing crystal growth at temperatures much lower than the melting point, allowing precise control of the crystal structure, and allowing the formation of euhedral polyhedral crystals.
アルミニウム化合物をフラックス法で調製する場合において、フラックス剤としてモリブデン化合物を使用すると、中間化合物であるモリブデン酸アルミニウムを経由して、モリブデンを含むアルミニウム化合物が得られ得る。この際、アルミニウム化合物に含まれるモリブデンは、フラックス法のデメリットと言われるフラックス不純物に該当しうるが、上述のように、本発明の一実施形態においてはアルミニウム化合物に含有されるモリブデンは、板状スピネル粒子を製造する際に好適な作用効果を発揮しうる。When preparing an aluminum compound by the flux method, if a molybdenum compound is used as a fluxing agent, an aluminum compound containing molybdenum can be obtained via the intermediate compound aluminum molybdate. In this case, the molybdenum contained in the aluminum compound can be considered a flux impurity, which is said to be a disadvantage of the flux method, but as described above, in one embodiment of the present invention, the molybdenum contained in the aluminum compound can exert a favorable effect when producing plate-like spinel particles.
(フラックス蒸発法)
一実施形態において、フラックス法は、アルミニウム源及びモリブデン化合物を含む混合物を焼成するフラックス蒸発工程と、前記焼成工程で結晶成長したアルミニウム化合物を冷却する冷却工程と、を含む。
(Flux evaporation method)
In one embodiment, the flux method includes a flux evaporation step of calcining a mixture containing an aluminum source and a molybdenum compound, and a cooling step of cooling the aluminum compound crystal-grown in the calcination step.
・アルミニウム源
アルミニウム源としては、特に限定されないが、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、擬ベーマイト、遷移アルミナ、アルミナ水和物、α-アルミナ、2種以上の結晶相を有する混合アルミナ等が挙げられる。遷移アルミナとしては、例えば、γ-アルミナ、δ-アルミナ、θ-アルミナ等が挙げられる。なお、上述のアルミニウム源は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、水酸化アルミニウム、遷移アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト又はアルミナ水和物であることが好ましく、水酸化アルミニウム、遷移アルミナ又はベーマイトであることがより好ましい。
Aluminum Source The aluminum source is not particularly limited, and examples thereof include aluminum chloride, aluminum sulfate, basic aluminum acetate, aluminum hydroxide, boehmite, pseudo-boehmite, transition alumina, alumina hydrate, α-alumina, mixed alumina having two or more crystal phases, etc. Examples of transition alumina include γ-alumina, δ-alumina, θ-alumina, etc. The above-mentioned aluminum sources may be used alone or in combination of two or more. Among them, aluminum hydroxide, transition alumina, boehmite, pseudo-boehmite, or alumina hydrate is preferred, and aluminum hydroxide, transition alumina, or boehmite is more preferred.
アルミニウム源は市販品を使用しても、自ら調製してもよい。
アルミニウム源を自ら調製する場合、例えば、高温において構造安定性の高いアルミナ水和物又は遷移アルミナは、アルミニウムの水溶液の中和により調製することができる。より詳細には、前記アルミナ水和物は、アルミニウムの酸性水溶液を塩基で中和することで調製することができ、前記遷移アルミナは、上記で得られたアルミナ水和物を熱処理して調製することができる。なお、これによって得られるアルミナ水和物又は遷移アルミナは、高温において構造安定性が高いため、モリブデンの存在下で焼成すると、平均粒子径の大きいモリブデンを含むアルミニウム化合物が得られる傾向がある。
The aluminum source may be commercially available or may be self-prepared.
When preparing the aluminum source by oneself, for example, an alumina hydrate or transition alumina having high structural stability at high temperatures can be prepared by neutralizing an aqueous solution of aluminum. More specifically, the alumina hydrate can be prepared by neutralizing an acidic aqueous solution of aluminum with a base, and the transition alumina can be prepared by heat-treating the alumina hydrate obtained above. Note that the alumina hydrate or transition alumina obtained in this manner has high structural stability at high temperatures, and therefore when calcined in the presence of molybdenum, an aluminum compound containing molybdenum having a large average particle size tends to be obtained.
上述したフラックス法において、アルミニウム源の形状は、特に制限されず、球状、無定形、アスペクトのある構造体、シート等のいずれであっても好適に用いることができる。アスペクトのある構造体としては、例えば、ワイヤ、ファイバー、リボン、チューブ等の形状のものであっても好適に用いることができる。In the above-mentioned flux method, the shape of the aluminum source is not particularly limited, and any shape such as a sphere, amorphous, aspected structure, sheet, etc. can be suitably used. As the aspected structure, for example, a shape such as a wire, fiber, ribbon, tube, etc. can be suitably used.
同様に、上述したフラックス法において、アルミニウム源の粒子径は特に制限されず、数nmから数百μmまでのアルミニウム化合物の固体を好適に用いることができる。Similarly, in the above-mentioned flux method, the particle size of the aluminum source is not particularly limited, and solid aluminum compounds having sizes ranging from several nm to several hundred μm can be suitably used.
また、アルミニウム源は、有機化合物と複合体を形成していてもよい。当該複合体としては、例えば、有機シランを用いて、アルミニウム化合物を修飾して得られる有機無機複合体、ポリマーを吸着したアルミニウム化合物複合体、有機化合物で被覆した複合体等が挙げられる。これらの複合体を用いる場合、有機化合物の含有率としては、特に制限はないが、60質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。The aluminum source may also form a complex with an organic compound. Examples of such complexes include organic-inorganic complexes obtained by modifying an aluminum compound with an organosilane, aluminum compound complexes with adsorbed polymers, and complexes coated with an organic compound. When using these complexes, the content of the organic compound is not particularly limited, but is preferably 60% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less.
アルミニウム源の比表面積も特に限定されるものではない。モリブデン化合物が効果的に作用するため、比表面積が大きい方が好ましいが、焼成条件やモリブデン化合物の使用量を調整する事で、いずれの比表面積のものでも原料として使用することができる。The specific surface area of the aluminum source is not particularly limited. Since the molybdenum compound acts effectively, a larger specific surface area is preferable, but by adjusting the firing conditions and the amount of molybdenum compound used, any specific surface area can be used as the raw material.
上述したフラックス法において、アルミニウム化合物を形成するために、形状制御剤を用いることができる。形状制御剤はモリブデン化合物の存在下で、アルミニウム源の焼成によるアルミナの板状結晶成長に重要な役割を果たす。In the above-mentioned flux method, a shape control agent can be used to form an aluminum compound. The shape control agent plays an important role in the growth of plate-like crystals of alumina by calcining an aluminum source in the presence of a molybdenum compound.
形状制御剤の存在状態は、特に制限されず、例えば、形状制御剤とアルミニウム化合物と物理混合物、形状制御剤がアルミニウム源の表面又は内部に、均一又は局在に存在した複合体等が好適に用いることができる。The state in which the shape control agent is present is not particularly limited, and for example, a physical mixture of the shape control agent and an aluminum compound, a complex in which the shape control agent is present uniformly or locally on the surface or inside of the aluminum source, etc. can be suitably used.
また、形状制御剤をアルミニウム化合物に添加してもよいが、アルミニウム化合物中に不純物として含んでもよい。 Shape control agents may also be added to the aluminum compound, or may be included in the aluminum compound as impurities.
形状制御剤は板状結晶成長に重要な役割を果たす。一般的に行なわれる酸化モリブデンフラックス法では酸化モリブデンがアルミナのα結晶の(113)面に選択的に吸着し、結晶成分は(113)面に供給されにくくなり、(001)面、又は、(006)面の出現を完全に抑制できるとするものであることから、六角両錘型をベースとした多面体粒子を形成する。上述したフラックス法においては、形状制御剤を用いて、フラックス剤である酸化モリブデンが(113)面に選択的な結晶成分の吸着を抑制することで、(001)面の発達した熱力学的に最も安定的な稠密六方格子の結晶構造を有する板状形状を形成することができる。モリブデン化合物をフラックス剤として用いることで、α結晶化率が高い、モリブデンを含む板状アルミナ粒子をより容易に形成できる。Shape control agents play an important role in plate-like crystal growth. In the commonly used molybdenum oxide flux method, molybdenum oxide selectively adsorbs to the (113) face of the α crystal of alumina, making it difficult for crystal components to be supplied to the (113) face, and completely suppressing the appearance of the (001) face or (006) face, forming polyhedral particles based on a hexagonal bipyramidal shape. In the above-mentioned flux method, a shape control agent is used to suppress the selective adsorption of crystal components to the (113) face by molybdenum oxide, which is a flux agent, and a plate-like shape having a close-packed hexagonal lattice crystal structure with a developed (001) face, which is the most thermodynamically stable, can be formed. By using a molybdenum compound as a flux agent, it is easier to form plate-like alumina particles containing molybdenum with a high α crystallization rate.
形状制御剤の種類については、シリコン又はケイ素元素を含むケイ素化合物、ゲルマニウム又はゲルマニウム元素を含むゲルマニウム化合物を用いることができる。より安価で生産性に優れる板状アルミナ粒子を製造可能な点からも、シリコン又はケイ素元素を含むケイ素化合物を用いることが好ましい。形状制御剤として、シリコン又はケイ素化合物を用いた上記フラックス法により、アスペクト比の高いアルミニウム化合物を容易に製造することができる。As for the type of shape control agent, silicon or a silicon compound containing silicon element, and germanium or a germanium compound containing germanium element can be used. It is preferable to use silicon or a silicon compound containing silicon element, because it is possible to produce plate-like alumina particles at a lower cost and with superior productivity. By using the above-mentioned flux method using silicon or a silicon compound as a shape control agent, an aluminum compound with a high aspect ratio can be easily produced.
シリコン又はケイ素元素を含むケイ素化合物としては、特に制限されず、公知のものが使用されうる。シリコン又はケイ素元素を含むケイ素化合物としては、人工合成シリコン化合物であってもよく、天然シリコン化合物であってもよい。人工合成シリコン化合物としては、例えば、金属シリコン、有機シラン、シリコン樹脂、シリカ微粒子、シリカゲル、メソポーラスシリカ、SiC、ムライト等が挙げられる。天然シリコン化合物としては、例えば、バイオシリカ等が挙げられる。中でも、アルミニウム化合物との複合、混合がより均一的に形成できる観点から、有機シラン、シリコン樹脂又はシリカ微粒子を用いることが好ましい。なお、シリコン又はケイ素元素を含むケイ素化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。The silicon or silicon compound containing silicon element is not particularly limited, and known compounds can be used. The silicon or silicon compound containing silicon element may be an artificially synthesized silicon compound or a natural silicon compound. Examples of the artificially synthesized silicon compound include metal silicon, organosilane, silicon resin, silica fine particles, silica gel, mesoporous silica, SiC, mullite, etc. Examples of the natural silicon compound include biosilica, etc. Among them, it is preferable to use organosilane, silicon resin, or silica fine particles from the viewpoint of forming a composite or mixture with an aluminum compound more uniformly. In addition, the silicon compound containing silicon or silicon element may be used alone or in combination of two or more kinds.
シリコン又はケイ素元素を含むケイ素化合物の形状は、特に制限されず、例えば、球状、無定形、アスペクトのある構造体、シート等を好適に用いることができる。アスペクトのある構造体としては、例えば、ワイヤ、ファイバー、リボン、チューブ等の形状のものであっても好適に用いることができる。The shape of silicon or silicon compounds containing silicon element is not particularly limited, and for example, spherical, amorphous, aspected structures, sheets, etc. can be suitably used. As aspected structures, for example, those in the shape of wires, fibers, ribbons, tubes, etc. can also be suitably used.
アルミニウム化合物100質量%に対するケイ素の含有量は、二酸化ケイ素換算で、10質量%以下が好ましく、0.001質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.01質量%以上4質量%以下がさらに好ましく、0.6質量%以上2.5質量%以下が特に好ましい。上記ケイ素の含有量はXRF分析により求めることができる。The silicon content relative to 100% by mass of the aluminum compound is preferably 10% by mass or less, more preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, even more preferably 0.01% by mass or more and 4% by mass or less, and particularly preferably 0.6% by mass or more and 2.5% by mass or less, calculated as silicon dioxide. The silicon content can be determined by XRF analysis.
・モリブデン化合物
モリブデン化合物としては、特に制限されないが、金属モリブデン、酸化モリブデン、硫化モリブデン、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸アンモニウム、H3PMo12O40、H3SiMo12O40等が挙げられる。この際、前記モリブデン化合物は、異性体を含む。例えば、酸化モリブデンは、二酸化モリブデン(IV)(MoO2)であってもよく、三酸化モリブデン(VI)(MoO3)であってもよい。なお、上述のモリブデン化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、三酸化モリブデン、二酸化モリブデン又はモリブデン酸アンモニウムであることが好ましく、三酸化モリブデンであることがより好ましい。
Molybdenum Compound The molybdenum compound is not particularly limited, and examples thereof include metal molybdenum, molybdenum oxide, molybdenum sulfide, sodium molybdate, potassium molybdate, calcium molybdate, ammonium molybdate, H 3 PMo 12 O 40 , and H 3 SiMo 12 O 40 . In this case, the molybdenum compound includes an isomer. For example, the molybdenum oxide may be molybdenum dioxide (IV) (MoO 2 ) or molybdenum trioxide (VI) (MoO 3 ). The above-mentioned molybdenum compounds may be used alone or in combination of two or more kinds. Among these, molybdenum trioxide, molybdenum dioxide, or ammonium molybdate is preferable, and molybdenum trioxide is more preferable.
アルミニウム化合物のアルミニウム元素に対するモリブデン化合物のモリブデン元素のモル比(モリブデン元素/アルミニウム元素)は、0.01以上3.0以下であることが好ましく、0.03以上1.0以下であることがより好ましい。前記モル比が上記下限値以上であると、モリブデンを含むアルミニウム化合物の結晶成長がより好適に進行し得る。一方、前記モル比が上記上限値以下であると、モリブデンを含むアルミニウム化合物の調製が工業的により効率よくできる。The molar ratio of the molybdenum element of the molybdenum compound to the aluminum element of the aluminum compound (molybdenum element/aluminum element) is preferably 0.01 to 3.0, more preferably 0.03 to 1.0. When the molar ratio is equal to or greater than the lower limit, the crystal growth of the aluminum compound containing molybdenum can proceed more favorably. On the other hand, when the molar ratio is equal to or less than the upper limit, the preparation of the aluminum compound containing molybdenum can be made more efficiently on an industrial scale.
-フラックス蒸発工程-
アルミニウム源及びモリブデン化合物を含む混合物を焼成することで、中間化合物であるモリブデン酸アルミニウムを経由し、前記モリブデン酸アルミニウムが分解し、モリブデン化合物が蒸発することで、モリブデンを含むアルミニウム化合物が生成する。この際、前記モリブデン化合物の蒸発がモリブデンを含むアルミニウム化合物の結晶成長の駆動力となる。
-Flux evaporation process-
By calcining a mixture containing an aluminum source and a molybdenum compound, an intermediate compound, aluminum molybdate, is produced, and the aluminum molybdate is decomposed and the molybdenum compound is evaporated, thereby producing an aluminum compound containing molybdenum. At this time, the evaporation of the molybdenum compound serves as a driving force for the crystal growth of the aluminum compound containing molybdenum.
焼成温度は特に制限されないが、700℃以上2000℃以下であることが好ましく、900℃以上1600℃以下であることがより好ましく、950℃以上1500℃以下であることがさらに好ましく、1000℃以上1400℃以下であることが特に好ましい。焼成温度が上記下限値以上であると、より好適にフラックス反応が進行する。一方、焼成温度が上記上限値以下であると、焼成炉への負担や燃料コストがより低減され得る。The firing temperature is not particularly limited, but is preferably 700°C or higher and 2000°C or lower, more preferably 900°C or higher and 1600°C or lower, even more preferably 950°C or higher and 1500°C or lower, and particularly preferably 1000°C or higher and 1400°C or lower. If the firing temperature is above the lower limit, the flux reaction proceeds more smoothly. On the other hand, if the firing temperature is below the upper limit, the burden on the firing furnace and fuel costs can be further reduced.
焼成時におけるアルミニウム源及びモリブデン化合物の状態は、特に限定されず、モリブデン化合物及びアルミニウム源が同一の空間に存在すればよい。例えば、両者が混合されていない状態であっても、フラックス反応は進行しうる。両者を混合する場合には、粉体を混ぜ合わせる簡便な混合、粉砕機等を用いた機械的な混合、乳鉢等を用いた混合等を行うことができ、この際、得られる混合物は乾式状態、湿式状態のいずれであってもよい。The state of the aluminum source and the molybdenum compound during firing is not particularly limited, and it is sufficient that the molybdenum compound and the aluminum source are present in the same space. For example, the flux reaction can proceed even if the two are not mixed. When mixing the two, simple mixing by mixing powders, mechanical mixing using a grinder, mixing using a mortar, etc. can be performed, and the resulting mixture may be in either a dry state or a wet state.
焼成の時間についても特に制限されないが、5分以上30時間以下であることが好ましく、モリブデンを含むアルミニウム化合物の形成を効率的に行う観点から、10分以上15時間以下であることがより好ましい。There is no particular restriction on the firing time, but it is preferably from 5 minutes to 30 hours, and from the viewpoint of efficiently forming an aluminum compound containing molybdenum, it is more preferably from 10 minutes to 15 hours.
焼成の雰囲気についても特に限定されないが、例えば、空気や酸素のような含酸素雰囲気、窒素やアルゴンのような不活性雰囲気であることが好ましく、実施者の安全性や炉の耐久性観点から腐食性を有さない含酸素雰囲気、窒素雰囲気であることがより好ましく、コストの観点から、空気雰囲気であることがさらに好ましい。The firing atmosphere is not particularly limited, but is preferably an oxygen-containing atmosphere such as air or oxygen, or an inert atmosphere such as nitrogen or argon, more preferably a non-corrosive oxygen-containing atmosphere or nitrogen atmosphere from the standpoint of the safety of the person performing the firing and the durability of the furnace, and even more preferably an air atmosphere from the standpoint of cost.
焼成装置についても特に制限されず、通常、いわゆる焼成炉を用いる。当該焼成炉は、昇華したモリブデン化合物と反応しない材質で構成されていることが好ましく、モリブデン化合物を効率的に利用可能な密閉性の高い焼成炉であることがより好ましい。There are no particular limitations on the calcination device, and a so-called calcination furnace is usually used. The calcination furnace is preferably made of a material that does not react with the sublimated molybdenum compound, and is more preferably a highly airtight calcination furnace that can efficiently utilize the molybdenum compound.
-冷却工程-
冷却工程は、焼成工程において結晶成長したアルミニウム化合物を冷却する工程である。
-Cooling process-
The cooling step is a step of cooling the aluminum compound whose crystals have grown in the firing step.
冷却速度は、特に制限されないが、1℃/時間以上1000℃/時間以下であることが好ましく、5℃/時間以上500℃/時間以下であることがより好ましく、50℃/時間以上100℃/時間以下であることがさらに好ましい。冷却速度が上記下限値以上であると、製造時間がより短縮され得る。一方、冷却速度が上記上限値以下であると、焼成容器がヒートショックで割れることがより少なく、より長く使用できることから好ましい。The cooling rate is not particularly limited, but is preferably 1°C/hour to 1000°C/hour, more preferably 5°C/hour to 500°C/hour, and even more preferably 50°C/hour to 100°C/hour. If the cooling rate is equal to or higher than the lower limit, the manufacturing time can be further shortened. On the other hand, if the cooling rate is equal to or lower than the upper limit, the firing container is less likely to crack due to heat shock and can be used for a longer period of time, which is preferable.
冷却方法は特に制限されず、自然放冷であっても、冷却装置を使用してもよい。The cooling method is not particularly limited, and may be allowed to cool naturally or a cooling device may be used.
-モリブデンを含むアルミニウム化合物-
フラックス法により得られるアルミニウム化合物は、モリブデンを含むため、通常、着色されている。着色された色彩は、含有されるモリブデンの量によっても異なるが、通常、薄い青色から黒色に近い濃青色であり、モリブデン含有量に比例して色彩が濃色になる傾向がある。なお、モリブデンを含むアルミニウム化合物の構成によっては、他の色彩に着色されている場合もある。例えば、モリブデンを含む化合物がクロムを含む場合には赤色に、ニッケルを含む場合には黄色になりうる。
--Molybdenum-containing aluminum compounds--
The aluminum compounds obtained by the flux method are usually colored because they contain molybdenum. The color of the color varies depending on the amount of molybdenum contained, but is usually light blue to dark blue close to black, and the color tends to become darker in proportion to the molybdenum content. Depending on the composition of the aluminum compound containing molybdenum, it may be colored in other colors. For example, if the compound containing molybdenum contains chromium, it may be red, and if it contains nickel, it may be yellow.
モリブデンを含むアルミニウム化合物のモリブデンの含有量は、特に制限されないが、三酸化モリブデン換算で、0.1質量%以上1質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以上0.9質量%以下であることがより好ましく、0.3質量%以上0.9質量%以下であることがさらに好ましく、0.5質量%以上0.88質量%以下がよりさらに好ましく、0.7質量%以上0.87質量%以下が特に好ましく、0.83質量%以上0.86質量%以下が最も好ましい。モリブデンの含有量が上記下限値以上であると、スピネルの結晶成長がより効率よく進行できる。一方、モリブデンの含有量が上記上限値以下であると、アルミニウム化合物の結晶品質が向上しうることから好ましい。なお、本明細書において、アルミニウム化合物中のモリブデンの含有量は、上記板状スピネル粒子中のモリブデンの含有量に記載の方法と同様の方法を用いて測定することができる。The molybdenum content of the aluminum compound containing molybdenum is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more and 0.9% by mass or less, even more preferably 0.3% by mass or more and 0.9% by mass or less, even more preferably 0.5% by mass or more and 0.88% by mass or less, particularly preferably 0.7% by mass or more and 0.87% by mass or less, and most preferably 0.83% by mass or more and 0.86% by mass or less, in terms of molybdenum trioxide. When the molybdenum content is equal to or more than the lower limit, the crystal growth of the spinel can proceed more efficiently. On the other hand, when the molybdenum content is equal to or less than the upper limit, the crystal quality of the aluminum compound can be improved, which is preferable. In this specification, the molybdenum content in the aluminum compound can be measured using a method similar to that described for the molybdenum content in the plate-like spinel particles.
モリブデンを含むアルミニウム化合物は、モリブデンがフラックス剤として働き、(001)面以外の結晶面を主結晶面とした高α結晶化率であることが好ましく、α結晶化率が90%以上であることがより好ましい。In aluminum compounds containing molybdenum, the molybdenum acts as a fluxing agent and it is preferable that the molybdenum has a high alpha crystallization rate with a crystal face other than the (001) face as the main crystal face, and it is even more preferable that the alpha crystallization rate is 90% or more.
(徐冷法)
また、一実施形態において、フラックス法は、アルミニウム源及びモリブデン化合物を含む混合物を焼成する工程と、得られる焼成物を冷却して結晶成長させる徐冷工程と、を含む。
(Slow cooling method)
In one embodiment, the flux method includes a step of firing a mixture containing an aluminum source and a molybdenum compound, and a step of cooling the resulting fired product to cause crystal growth.
[モリブデン]
モリブデンは、固相反応において、界面における核形成の促進、マグネシウム原子及びアルミニウム原子のうち少なくともいずれかの原子の固相拡散の促進等の機能を有する。
[molybdenum]
Molybdenum has functions such as promoting nucleation at the interface in solid-phase reactions and promoting solid-phase diffusion of at least one of magnesium atoms and aluminum atoms.
モリブデンは、モリブデン金属及びモリブデンを含む化合物中のモリブデンが用いられうる。モリブデンを含む化合物の具体例としては、上述したモリブデン化合物、モリブデンを含むアルミニウム化合物が挙げられる。なお、モリブデンを含むアルミニウム化合物は、モリブデンを含む化合物、かつ、アルミニウム化合物として使用されうる。上述のモリブデンは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。As for molybdenum, molybdenum metal and molybdenum in a compound containing molybdenum can be used. Specific examples of compounds containing molybdenum include the above-mentioned molybdenum compounds and aluminum compounds containing molybdenum. The aluminum compounds containing molybdenum can be used as compounds containing molybdenum and as aluminum compounds. The above-mentioned molybdenum may be used alone or in combination of two or more kinds.
モリブデンの使用量として、アルミニウム化合物のアルミニウム元素に対するモリブデン元素のモル比(モリブデン元素/アルミニウム元素)は、0.00001以上0.05以下であることが好ましく、0.0001以上0.03以下であることがより好ましい。前記モル比が上記範囲内であると、マグネシウム化合物とアルミニウム化合物との固溶化及びスピネル晶出がより好適に進行し得る。As for the amount of molybdenum used, the molar ratio of the molybdenum element to the aluminum element of the aluminum compound (molybdenum element/aluminum element) is preferably 0.00001 or more and 0.05 or less, and more preferably 0.0001 or more and 0.03 or less. When the molar ratio is within the above range, the formation of a solid solution between the magnesium compound and the aluminum compound and the crystallization of a spinel can proceed more smoothly.
<焼成工程>
焼成工程は、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物を、モリブデン存在下で、
固溶化及び晶出により、上記板状スピネル粒子に結晶成長させる工程である。
<Firing process>
The calcination step comprises calcining a magnesium compound and an aluminum compound in the presence of molybdenum.
This is a step in which crystals are grown into the plate-like spinel particles by solution formation and crystallization.
前記固溶化及び晶出は、通常、いわゆる固相法により行われる。固相法における固溶化及び晶出のメカニズムとしては、以下のとおりであると推測される。すなわち、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物が接触する環境下において加熱を行うと、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物が界面(固相界面)において核を形成することで、固相間の結合が強化される。そして、前記形成された核を担体として、固相反応が進行しうる。この際、前記固相反応は、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物の二元系状態図が共晶型をとること、これによりマグネシウム化合物及びアルミニウム化合物が界面における反応できる温度はマグネシウム化合物又はアルミニウム化合物が単独で溶融する温度よりも低いことが利用されうる。具体的には、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物が界面において反応して核を形成し、マグネシウム原子及びアルミニウム原子のうち少なくともいずれかの原子が、前記核を介して固相拡散し、アルミニウム化合物及びマグネシウム原子のうち少なくともいずれかの原子と反応する。これにより、緻密な結晶体、すなわちスピネル粒子を得ることができる。この際、前記固相拡散において、マグネシウム原子のアルミニウム化合物への拡散速度は、アルミニウム原子のマグネシウム化合物への拡散速度よりも相対的に高いため、アルミニウム化合物の形状が反映されたスピネル粒子が得られる傾向がある。このため、アルミニウム化合物の形状や平均粒子径を適宜変更することで、スピネル粒子の形状及び平均粒子径を制御することが可能となり得る。実施形態に係る製造方法では、アルミニウム化合物としてモリブデンを含む板状アルミナ粒子を用いることで、板状スピネル粒子をより容易に製造することができる。The solid solution and crystallization are usually performed by the so-called solid phase method. The mechanism of solid solution and crystallization in the solid phase method is assumed to be as follows. That is, when heating is performed in an environment where the magnesium compound and the aluminum compound are in contact with each other, the magnesium compound and the aluminum compound form nuclei at the interface (solid-phase interface), strengthening the bond between the solid phases. Then, the solid-phase reaction can proceed with the formed nuclei as a carrier. In this case, the solid-phase reaction can utilize the fact that the binary phase diagram of the magnesium compound and the aluminum compound is of a eutectic type, and therefore the temperature at which the magnesium compound and the aluminum compound can react at the interface is lower than the temperature at which the magnesium compound or the aluminum compound melts alone. Specifically, the magnesium compound and the aluminum compound react at the interface to form nuclei, and at least one of the magnesium atoms and the aluminum atoms diffuses through the nuclei in the solid phase and reacts with at least one of the aluminum compound and the magnesium atoms. This makes it possible to obtain dense crystals, i.e., spinel particles. In this case, in the solid-phase diffusion, the diffusion rate of magnesium atoms into the aluminum compound is relatively higher than the diffusion rate of aluminum atoms into the magnesium compound, so that spinel particles reflecting the shape of the aluminum compound tend to be obtained. Therefore, by appropriately changing the shape and average particle size of the aluminum compound, it may be possible to control the shape and average particle size of the spinel particles. In the manufacturing method according to the embodiment, by using plate-like alumina particles containing molybdenum as the aluminum compound, plate-like spinel particles can be manufactured more easily.
ここで、上述の固相反応は、モリブデン存在下で行われる。モリブデンの作用は必ずしも明らかではないが、例えば、界面における核形成の促進、マグネシウム原子及びアルミニウム原子のうち少なくともいずれかの原子の固相拡散の促進等により、固相反応がより好適に進行するものと考えられる。また、上述のフラックス法において説明したとおり、反応の過程として、まずモリブデンとアルミニウム化合物とが反応して、中間体であるモリブデン酸アルミニウムが形成された後、当該モリブデン酸アルミニウムとマグネシウム化合物とが反応するものを含むと推察される。金属成分を複数有するスピネル粒子では、焼成過程において、欠陥構造等が生じやすいため、結晶構造を精密に制御することが困難であるが、モリブデンを用いることにより、スピネル結晶の結晶構造を制御することができる。これにより、(311)面の結晶子径は大きくなり、熱伝導性に優れる板状スピネル粒子が得られうる。なお、固相反応は、モリブデン存在下で行われるため、得られる板状スピネル粒子には、モリブデンが含まれうる。Here, the above-mentioned solid-phase reaction is carried out in the presence of molybdenum. The action of molybdenum is not necessarily clear, but it is believed that the solid-phase reaction proceeds more favorably, for example, by promoting nucleation at the interface and promoting solid-phase diffusion of at least one of magnesium atoms and aluminum atoms. In addition, as explained in the above-mentioned flux method, it is presumed that the reaction process includes a process in which molybdenum first reacts with an aluminum compound to form an intermediate aluminum molybdate, and then the aluminum molybdate reacts with a magnesium compound. In spinel particles having multiple metal components, defective structures and the like are likely to occur during the firing process, making it difficult to precisely control the crystal structure, but the crystal structure of the spinel crystal can be controlled by using molybdenum. As a result, the crystallite size of the (311) plane becomes large, and plate-shaped spinel particles with excellent thermal conductivity can be obtained. In addition, since the solid-phase reaction is carried out in the presence of molybdenum, the obtained plate-shaped spinel particles may contain molybdenum.
なお、スピネル粒子の(311)面の結晶子径等の結晶制御は、モリブデンの使用量、マグネシウム化合物の種類、焼成温度、焼成時間、マグネシウム化合物とアルミニウム化合物との混合状態を変更することにより行うことができる。この理由は、モリブデンの量、マグネシウム化合物の種類、焼成温度、焼成時間、マグネシウム化合物とアルミニウム化合物との混合状態は、固相反応において、マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物に固溶化及び晶出の速度等に関連するためであると考えられる。高反応性マグネシウム化合物の使用はマグネシウム化合物の固溶化及び晶出の速度を、モリブデンの使用量の増加、高温焼成、及び長時間焼成はマグネシウム原子及びアルミニウム原子のうち少なくともいずれかの原子の固溶化及び晶出の速度を、それぞれ早くすることができ、例えば、(311)面の結晶子径を大きくすることができる。 The crystallization control of the (311) plane of the spinel particles, such as the crystallite size, can be performed by changing the amount of molybdenum used, the type of magnesium compound, the firing temperature, the firing time, and the mixed state of the magnesium compound and the aluminum compound. This is because the amount of molybdenum, the type of magnesium compound, the firing temperature, the firing time, and the mixed state of the magnesium compound and the aluminum compound are related to the rate of dissolution and crystallization of the magnesium compound and the aluminum compound in the solid-phase reaction. The use of a highly reactive magnesium compound can increase the rate of dissolution and crystallization of the magnesium compound, while the increase in the amount of molybdenum used, high-temperature firing, and long-term firing can increase the rate of dissolution and crystallization of at least one of the magnesium atoms and the aluminum atoms, respectively, and for example, the crystallite size of the (311) plane can be increased.
焼成温度は、特別な限定はないが、1300℃未満が好ましく、800℃以上1300℃未満がより好ましく、900℃以上1200℃以下がさらに好ましい。焼成温度が上記上限値以下であることで、より短時間でより効率的に板状スピネル粒子を製造することができる。一方で、焼成温度が上記上限値以下であることで、スピネル粒子の形状及び分散性をより容易に制御することができる。The firing temperature is not particularly limited, but is preferably less than 1300°C, more preferably 800°C or more and less than 1300°C, and even more preferably 900°C or more and 1200°C or less. By keeping the firing temperature at or below the upper limit, plate-shaped spinel particles can be produced more efficiently in a shorter time. On the other hand, by keeping the firing temperature at or below the upper limit, the shape and dispersibility of the spinel particles can be more easily controlled.
焼成時間は、特に制限されないが、0.1時間以上1000時間以下であることが好ましく、3時間以上100時間以下であることがより好ましい。焼成時間が上記下限値以上であると、(311)面の結晶子径のより大きな板状スピネル粒子を得ることができる。一方、焼成時間が上記上限値以下であると、製造コストがより低くなり得る。The firing time is not particularly limited, but is preferably 0.1 hours or more and 1000 hours or less, and more preferably 3 hours or more and 100 hours or less. If the firing time is equal to or more than the lower limit, plate-like spinel particles with a larger crystallite diameter in the (311) plane can be obtained. On the other hand, if the firing time is equal to or less than the upper limit, the production cost can be lower.
なお、焼成においては、マグネシウム化合物とアルミニウム化合物との固溶化及び晶出を促進するため、及び、形状を制御するために、形状制御剤を使用することも可能である。当該形状制御剤としては、例えば、ナトリウム化合物、カリウム化合物等が挙げられる。形状制御剤を添加することで、モリブデンが効率よく拡散され結晶形成の均質化へ寄与し、形状や粒子表面がより均一で平滑性の高い板状スピネル粒子を得る事ができる。During firing, a shape control agent can be used to promote the formation of a solid solution and crystallization between the magnesium compound and the aluminum compound, and to control the shape. Examples of such shape control agents include sodium compounds and potassium compounds. By adding a shape control agent, molybdenum is efficiently diffused, contributing to homogenization of crystal formation, and it is possible to obtain plate-like spinel particles with more uniform shapes and particle surfaces and high smoothness.
ナトリウム化合物としては、特に制限されないが、ナトリウム、塩化ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウム、酸化ナトリウム、臭化ナトリウム、臭素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、珪酸ナトリウム、燐酸ナトリウム、燐酸水素ナトリウム、硫化ナトリウム、硫化水素ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム等が挙げられる。この際、前記ナトリウム化合物は、モリブデン化合物の場合と同様に、異性体を含む。中でも、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム又はモリブデン酸ナトリウムを用いることが好ましく、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム又はモリブデン酸ナトリウムを用いることがより好ましい。なお、上述のナトリウム化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、モリブデン酸ナトリウムは、モリブデンを含むため、上述のモリブデン化合物としての機能も有しうる。Examples of sodium compounds include, but are not limited to, sodium, sodium chloride, sodium chlorite, sodium chlorate, sodium sulfate, sodium hydrogen sulfate, sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, sodium nitrate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium acetate, sodium oxide, sodium bromide, sodium bromate, sodium hydroxide, sodium silicate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, sodium sulfide, sodium hydrogen sulfide, sodium molybdate, and sodium tungstate. In this case, the sodium compound includes isomers, as in the case of molybdenum compounds. Among them, it is preferable to use sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium oxide, sodium hydroxide, sodium chloride, sodium sulfate, or sodium molybdate, and it is more preferable to use sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium chloride, sodium sulfate, or sodium molybdate. The above-mentioned sodium compounds may be used alone or in combination of two or more kinds. In addition, since sodium molybdate contains molybdenum, it can also function as the above-mentioned molybdenum compound.
カリウム化合物としては、特に制限されないが、カリウム、塩化カリウム、亜塩素酸カリウム、塩素酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸水素カリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素カリウム、硝酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酢酸カリウム、酸化カリウム、臭化カリウム、臭素酸カリウム、水酸化カリウム、珪酸カリウム、燐酸カリウム、燐酸水素カリウム、硫化カリウム、硫化水素カリウム、モリブデン酸カリウム、タングステン酸カリウム等が挙げられる。この際、前記カリウム化合物は、モリブデン化合物の場合と同様に、異性体を含む。中でも、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酸化カリウム、水酸化カリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム又はモリブデン酸カリウムを用いることが好ましく、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム又はモリブデン酸カリウムを用いることがより好ましい。なお、上述のカリウム化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、モリブデン酸カリウムは、モリブデンを含むため、上述のモリブデン化合物としての機能も有しうる。Examples of potassium compounds include, but are not limited to, potassium, potassium chloride, potassium chlorite, potassium chlorate, potassium sulfate, potassium hydrogen sulfate, potassium sulfite, potassium hydrogen sulfite, potassium nitrate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium acetate, potassium oxide, potassium bromide, potassium bromate, potassium hydroxide, potassium silicate, potassium phosphate, potassium hydrogen phosphate, potassium sulfide, potassium hydrogen sulfide, potassium molybdate, and potassium tungstate. In this case, the potassium compound contains isomers, as in the case of molybdenum compounds. Among them, it is preferable to use potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium oxide, potassium hydroxide, potassium chloride, potassium sulfate, or potassium molybdate, and it is more preferable to use potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium chloride, potassium sulfate, or potassium molybdate. The above potassium compounds may be used alone or in combination of two or more. In addition, potassium molybdate contains molybdenum, so it can also function as the above molybdenum compound.
形状制御剤の添加量としては、原料100質量%に対して、酸化物換算で、20質量%以上90質量%以下であることが好ましく、30質量%以上80質量%以下であることがより好ましく、40質量%以上70質量%以下であることがさらに好ましく、50質量%以上68質量%以下がよりさらに好ましく、55質量%以上67質量%以下が特に好ましく、61質量%以上66質量%以下が最も好ましい。形状制御剤の添加量が上記範囲内であることで、表面の平滑性により優れた板状スピネル粒子を得ることができる。また、アスペクト比をより大きくすることができ、機械強度により優れる傾向がある。
これら添加剤は、上記混合工程において焼成前に混合しておくことが好ましい。
The amount of the shape control agent added is preferably 20% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 30% by mass or more and 80% by mass or less, even more preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less, even more preferably 50% by mass or more and 68% by mass or less, particularly preferably 55% by mass or more and 67% by mass or less, and most preferably 61% by mass or more and 66% by mass or less, in terms of oxide, relative to 100% by mass of the raw material. By keeping the amount of the shape control agent added within the above range, plate-like spinel particles with excellent surface smoothness can be obtained. In addition, the aspect ratio can be made larger, and the mechanical strength tends to be superior.
These additives are preferably mixed in the above-mentioned mixing step before firing.
焼成雰囲気は、空気雰囲気であってもよく、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であってもよく、酸素雰囲気であってもよく、アンモニアガス雰囲気であってもよく、二酸化炭素雰囲気であってもよい。この際、製造コストの観点からは空気雰囲気であることが好ましい。The firing atmosphere may be an air atmosphere, an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, an oxygen atmosphere, an ammonia gas atmosphere, or a carbon dioxide atmosphere. In this case, an air atmosphere is preferable from the viewpoint of production costs.
焼成時の圧力についても特に制限されず、常圧下であってもよく、加圧下であってもよく、減圧下であってもよいが、焼成時に生成する酸化モリブデン蒸気を効率的に焼成炉から排出できる観点から減圧下で行うことが好ましい。There are no particular limitations on the pressure during firing, and it may be under normal pressure, elevated pressure, or reduced pressure, but it is preferable to perform the firing under reduced pressure so that the molybdenum oxide vapor generated during firing can be efficiently discharged from the firing furnace.
加熱手段としては、特に制限されない、焼成炉を用いることが好ましい。この際使用されうる焼成炉としては、トンネル炉、ローラーハース炉、ロータリーキルン、マッフル炉等が挙げられる。
焼成炉は酸化モリブデン蒸気と反応しない材質で構成されていることが好ましく、密閉性の高い焼成炉を用いることがより好ましい。
The heating means is not particularly limited, but it is preferable to use a calcination furnace. Examples of the calcination furnace that can be used in this case include a tunnel furnace, a roller hearth furnace, a rotary kiln, and a muffle furnace.
The firing furnace is preferably made of a material that does not react with molybdenum oxide vapor, and it is more preferable to use a firing furnace that is highly airtight.
<冷却工程>
本発明の製造方法は、冷却工程を含んでいてもよい。当該冷却工程は、焼成工程において結晶成長したスピネル粒子を冷却する工程である。
<Cooling process>
The production method of the present invention may include a cooling step, which is a step of cooling the spinel particles that have undergone crystal growth in the firing step.
冷却速度は、特に制限されないが、1℃/時間以上1000℃/時間以下であることが好ましく、5℃/時間以上500℃/時間以下であることがより好ましく、50℃/時間以上100℃/時間以下であることがさらに好ましい。冷却速度が上記下限値以上であると、製造時間がより短縮され得る。一方、冷却速度が上記上限値以下であると、焼成容器がヒートショックで割れることがより少なく、より長く使用できる。The cooling rate is not particularly limited, but is preferably 1°C/hour to 1000°C/hour, more preferably 5°C/hour to 500°C/hour, and even more preferably 50°C/hour to 100°C/hour. If the cooling rate is equal to or higher than the lower limit, the manufacturing time can be further shortened. On the other hand, if the cooling rate is equal to or lower than the upper limit, the firing container is less likely to crack due to heat shock and can be used for a longer period of time.
冷却方法は特に制限されず、自然放冷であってもよく、冷却装置を使用してもよい。The cooling method is not particularly limited, and may be allowed to cool naturally or a cooling device may be used.
[後処理工程]
本発明の製造方法は、後処理工程を含んでいてもよい。当該後処理工程は、添加剤等を除去する工程である。後処理工程は、上述の焼成工程の後に行ってもよく、上述の冷却工程の後に行ってもよく、焼成工程及び冷却工程の後に行ってもよい。また、必要に応じて、2度以上繰り返し行ってもよい。
後処理の方法としては、洗浄及び高温処理が挙げられる。これらは組み合わせて行うことができる。
前記洗浄方法としては、特に制限されないが、例えば、水、アンモニア水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、酸性水溶液等で洗浄することにより除去することができる。
この際、使用する水、アンモニア水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、酸性水溶液の濃度、使用量、並びに洗浄部位及び洗浄時間等を適宜変更することで、モリブデン含有量を制御することができる。
また、高温処理の方法としては、添加剤の昇華点又は沸点以上に昇温する方法が挙げられる。
[Post-processing process]
The manufacturing method of the present invention may include a post-treatment step. The post-treatment step is a step of removing additives and the like. The post-treatment step may be performed after the above-mentioned firing step, after the above-mentioned cooling step, or after the firing step and the cooling step. Moreover, the post-treatment step may be repeated two or more times as necessary.
Post-treatment methods include washing and high temperature treatment, which may be performed in combination.
The washing method is not particularly limited, but for example, the metal oxide can be removed by washing with water, an aqueous ammonia solution, an aqueous sodium hydroxide solution, an acidic aqueous solution, or the like.
In this case, the molybdenum content can be controlled by appropriately changing the concentrations and amounts of water, ammonia aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, and acidic aqueous solution used, as well as the washing locations and washing times.
As a method of high temperature treatment, a method of raising the temperature to the sublimation point or boiling point of the additive or higher can be mentioned.
[粉砕工程]
焼成物は板状スピネル粒子が凝集して、本発明に好適な粒子径の範囲を満たさない場合がある。そのため、板状スピネル粒子は、必要に応じて、本発明に好適な粒子径の範囲を満たすように粉砕してもよい。
焼成物の粉砕の方法は特に限定されず、ボールミル、ジョークラッシャー、ジェットミル、ディスクミル、スペクトロミル、グラインダー、ミキサーミル等の従来公知の粉砕方法を適用できる。
[Crushing process]
In the fired product, the tabular spinel particles may aggregate and not satisfy the particle size range suitable for the present invention, so the tabular spinel particles may be pulverized as necessary to satisfy the particle size range suitable for the present invention.
The method for pulverizing the fired product is not particularly limited, and any conventionally known pulverizing method such as a ball mill, a jaw crusher, a jet mill, a disk mill, a spectromill, a grinder, or a mixer mill can be used.
[分級工程]
板状スピネル粒子は、平均粒子径を調整し、粉体の流動性を向上するため、又はマトリックスを形成するためのバインダーに配合したときの粘度上昇を抑制するために、好ましくは分級処理される。「分級処理」とは、粒子の大きさによって粒子をグループ分けする操作をいう。
分級は湿式、乾式のいずれでも良いが、生産性の観点からは、乾式の分級が好ましい。乾式の分級には、篩による分級のほか、遠心力と流体抗力の差によって分級する風力分級等があるが、分級精度の観点からは、風力分級が好ましく、コアンダ効果を利用した気流分級機、旋回気流式分級機、強制渦遠心式分級機、半自由渦遠心式分級機等の分級機を用いて行うことができる。
上記した粉砕工程や分級工程は、後述する有機化合物層形成工程の前後を含めて、必要な段階において行うことができる。これら粉砕や分級の有無やそれらの条件選定により、例えば、得られる板状スピネル粒子の平均粒子径を調整することができる。
[Classification process]
The plate-like spinel particles are preferably classified to adjust the average particle size and improve the powder flowability, or to suppress an increase in viscosity when the particles are mixed with a binder to form a matrix. "Classification" refers to an operation of classifying particles into groups based on their size.
The classification may be either wet or dry, but from the viewpoint of productivity, dry classification is preferred. Dry classification includes classification by sieving, as well as wind classification, which classifies based on the difference between centrifugal force and fluid drag, but from the viewpoint of classification accuracy, wind classification is preferred, and can be performed using a classifier such as an air classifier utilizing the Coanda effect, a swirling air classifier, a forced vortex centrifugal classifier, or a semi-free vortex centrifugal classifier.
The above-mentioned pulverization step and classification step can be carried out at any stage required, including before or after the organic compound layer forming step described below. Depending on whether or not pulverization or classification is performed and the selection of the conditions therefor, for example, it is possible to adjust the average particle size of the obtained plate-like spinel particles.
実施形態に係る板状スピネル粒子、或いは実施形態に係る製造方法で得る板状スピネル粒子は、凝集が少ないもの或いは凝集していないものが、本来の性質を発揮しやすく、それ自体の取扱性により優れており、また被分散媒体に分散させて用いる場合において、より分散性に優れる観点から、好ましい。板状スピネル粒子の製造方法においては、上記した粉砕工程や分級工程は行わずに、凝集が少ないもの或いは凝集していないものが得られれば、左記工程を行う必要もなく、目的の優れた性質を有する板状スピネル粒子を、生産性高く製造することができるので好ましい。 The plate-like spinel particles according to the embodiment, or the plate-like spinel particles obtained by the manufacturing method according to the embodiment, are preferably those with little or no agglomeration, because they are more likely to exhibit their inherent properties, are easier to handle, and have better dispersibility when dispersed in a dispersion medium. In the manufacturing method of plate-like spinel particles, if the above-mentioned grinding and classification steps are not performed and particles with little or no agglomeration are obtained, there is no need to perform the steps, and plate-like spinel particles having the desired excellent properties can be manufactured with high productivity, which is preferable.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
≪原料α-アルミナ粒子の合成≫
<合成例1>α-アルミナ粒子A-1の合成
水酸化アルミニウム145.3g(日本軽金属株式会社製、平均粒子径12μm)と、二酸化珪素(関東化学株式会社製、特級)1.90gと、三酸化モリブデン(太陽鉱工株式会社製)5gとを乳鉢で混合し、混合物を得た。得られた混合物を坩堝に入れ、セラミック電気炉にて5℃/分の条件で1100℃まで昇温し、1100℃で10時間焼成を行なった。その後5℃/分の条件で室温まで降温後、坩堝を取り出し、99gの薄青色の粉末を得た。得られた粉末を乳鉢で、106μm篩を通るまで解砕した。
続いて、得られた前記薄青色粉末の98gを0.5%アンモニア水の150mLに分散し、分散溶液を室温(25~30℃)で0.5時間攪拌後、ろ過によりアンモニア水を除き、水洗浄と乾燥を行う事で、粒子表面に残存するモリブデンを除去し、96gの白色の粉末を得た。得られた粉末はレーザー回折式粒度分布計により求めた平均粒子径が7.0μmであり、また、SEM観察により形状が多角板状であり、凝集体が極めて少なく、優れた取り扱い性を有する板状形状の粒子であることが確認された。さらに、XRD測定を行ったところ、α-アルミナに由来する鋭いピーク散乱が現れ、α結晶構造以外のアルミナ結晶系ピークは観察されなく、緻密な結晶構造を有する板状アルミナであることを確認した。また、α化率は90%以上であった。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.83質量%含むものであることを確認した。さらに、密度を測定した結果3.95g/cm3であった。
<Synthesis of raw material α-alumina particles>
Synthesis Example 1 Synthesis of α-alumina particles A-1 145.3 g of aluminum hydroxide (manufactured by Nippon Light Metals Co., Ltd., average particle size 12 μm), 1.90 g of silicon dioxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade), and 5 g of molybdenum trioxide (manufactured by Taiyo Koko Co., Ltd.) were mixed in a mortar to obtain a mixture. The obtained mixture was placed in a crucible, heated to 1100° C. at 5° C./min in a ceramic electric furnace, and fired at 1100° C. for 10 hours. After that, the temperature was lowered to room temperature at 5° C./min, and the crucible was removed to obtain 99 g of a light blue powder. The obtained powder was crushed in a mortar until it passed through a 106 μm sieve.
Next, 98 g of the obtained light blue powder was dispersed in 150 mL of 0.5% ammonia water, and the dispersion solution was stirred at room temperature (25 to 30° C.) for 0.5 hours, after which the ammonia water was removed by filtration, and the molybdenum remaining on the particle surface was removed by washing with water and drying, to obtain 96 g of white powder. The obtained powder had an average particle size of 7.0 μm as determined by a laser diffraction particle size distribution analyzer, and was confirmed to have a polygonal plate shape, extremely few aggregates, and plate-shaped particles with excellent handleability by SEM observation. Furthermore, when XRD measurement was performed, a sharp peak scattering due to α-alumina appeared, and no alumina crystal peaks other than the α crystal structure were observed, confirming that it was plate-shaped alumina with a dense crystal structure. In addition, the α-conversion rate was 90% or more. Furthermore, from the results of fluorescent X-ray quantitative analysis, it was confirmed that the obtained particles contained 0.83 mass% molybdenum in terms of molybdenum trioxide. Furthermore, the density was measured and found to be 3.95 g/cm 3 .
<合成例2>α-アルミナ粒子A-2の合成
水酸化アルミニウム(日本軽金属株式会社製、平均粒子径2μm)145.3gと、二酸化珪素2.85gと、三酸化モリブデン(太陽鉱工株式会社製)5gとを乳鉢で混合した以外は、合成例1と同様の操作を行い98gの薄青色の粉末を得た。得られた粉末はレーザー回折式粒度分布計により求めた平均粒子径が3.8μmであり、また、SEM観察により形状が多角板状であり、凝集体が極めて少なく、優れた取り扱い性を有する板状形状の粒子であることが確認された。さらに、XRD測定を行ったところ、α-アルミナに由来する鋭いピーク散乱が現れ、α結晶構造以外のアルミナ結晶系ピークは観察されなく、緻密な結晶構造を有する板状アルミナであることを確認した。また、α化率は90%以上であった。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.86質量%含むものであることを確認した。さらに、密度を測定した結果3.94g/cm3であった。
Synthesis Example 2: Synthesis of α-alumina particles A-2 98 g of a light blue powder was obtained by the same procedure as in Synthesis Example 1, except that 145.3 g of aluminum hydroxide (manufactured by Nippon Light Metals Co., Ltd., average particle size 2 μm), 2.85 g of silicon dioxide, and 5 g of molybdenum trioxide (manufactured by Taiyo Koko Co., Ltd.) were mixed in a mortar. The obtained powder had an average particle size of 3.8 μm as determined by a laser diffraction particle size distribution analyzer, and was confirmed to have a polygonal plate shape, extremely few aggregates, and plate-shaped particles with excellent handleability by SEM observation. Furthermore, when XRD measurement was performed, a sharp peak scattering due to α-alumina appeared, and no alumina crystal peaks other than the α crystal structure were observed, confirming that the plate-shaped alumina had a dense crystal structure. In addition, the α-conversion rate was 90% or more. Furthermore, it was confirmed that the obtained particles contained 0.86 mass% of molybdenum in terms of molybdenum trioxide from the results of fluorescent X-ray quantitative analysis. Furthermore, the density was measured and found to be 3.94 g/ cm3 .
≪スピネル粒子の合成≫
<実施例1>スピネル粒子S-a1の合成
合成例1で得たα-アルミナ粒子A-1 20gと、酸化マグネシウム(神島化学製 平均粒子径3.5μm)7.86gとを乳鉢で混合し、混合物を得た。得られた混合物を坩堝に入れ、セラミック電気炉にて5℃/分の条件で1050℃まで昇温し、1050℃で10時間保持し焼成を行なった。その後5℃/分の条件で室温まで降温後、坩堝を取り出し、27.5gの白色の粉末を得た。得られた粉末を乳鉢で、150μm篩を通るまで解砕した。
続いて、得られた前記白色粉末の25gと2%硝酸の100mLを配合し、直径5mmのアルミナビーズを加え、ペイントコンディショナーで20分解砕を行った。その後、分散溶液をろ過により2%硝酸を除き、水洗浄と乾燥を行うことで、粒子表面に残存するモリブデンを除去し、24.5gの白色の粉末を得た。得られた粉末はSEM観察(図1(A)参照)により板状であり、凝集体が極めて少なく、優れた取り扱い性を有する粒子であることが確認された。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来する鋭いピーク散乱が観察された。また、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ、72nmであることを確認した。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.44質量%含むものであることを確認した。
<Synthesis of spinel particles>
Example 1 Synthesis of Spinel Particles S-a1 20 g of the α-alumina particles A-1 obtained in Synthesis Example 1 and 7.86 g of magnesium oxide (Konoshima Chemical Co., Ltd., average particle size 3.5 μm) were mixed in a mortar to obtain a mixture. The obtained mixture was placed in a crucible and heated to 1050° C. at a rate of 5° C./min in a ceramic electric furnace, and then fired by holding at 1050° C. for 10 hours. The temperature was then lowered to room temperature at a rate of 5° C./min, and the crucible was removed to obtain 27.5 g of a white powder. The obtained powder was crushed in the mortar until it passed through a 150 μm sieve.
Next, 25 g of the obtained white powder was mixed with 100 mL of 2% nitric acid, and alumina beads with a diameter of 5 mm were added, and the mixture was crushed by 20 times using a paint conditioner. Then, the dispersion solution was filtered to remove the 2% nitric acid, and the molybdenum remaining on the particle surface was removed by washing with water and drying, to obtain 24.5 g of white powder. The obtained powder was confirmed to be plate-shaped, with very few aggregates, and to be particles with excellent handleability by SEM observation (see FIG. 1 (A)). Furthermore, when XRD measurement was performed, sharp peak scattering due to spinel was observed. In addition, the crystallite size was determined from the peak of the (311) plane observed around 37 degrees using a CALSA detector, and it was confirmed to be 72 nm. Furthermore, from the results of fluorescent X-ray quantitative analysis, it was confirmed that the obtained particles contained 0.44 mass% molybdenum in terms of molybdenum trioxide.
<実施例2>スピネル粒子S-a2の合成
得られた混合物を坩堝に入れ、セラミック電気炉にて5℃/分の条件で1150℃まで昇温し、1150℃で10時間保持し焼成を行った以外は、実施例1と同様の操作を行い、24.5gの白色の粉末を得た。得られた粉末はSEM観察(図1(B)参照)により板状であり、凝集体が極めて少なく、優れた取り扱い性を有する粒子であることが確認された。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来する鋭いピーク散乱が観察された。また、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ、82nmであり、実施例1の1050℃焼成と比べ、高温で焼成することで結晶成長に有意であることを確認した。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.48質量%含むものであることを確認した。
Example 2: Synthesis of spinel particles S-a2 The mixture obtained was placed in a crucible, heated to 1150°C at a rate of 5°C/min in a ceramic electric furnace, and calcined at 1150°C for 10 hours. The same operation as in Example 1 was performed to obtain 24.5 g of white powder. The obtained powder was confirmed to be plate-shaped with very few aggregates and to be a particle with excellent handleability by SEM observation (see FIG. 1(B)). Furthermore, when XRD measurement was performed, a sharp peak scattering due to spinel was observed. In addition, the crystallite size was determined using a CALSA detector from the peak of the (311) plane observed around 37 degrees, and was found to be 82 nm. It was confirmed that calcination at a high temperature is significant for crystal growth compared to the 1050°C calcination in Example 1. Furthermore, it was confirmed from the results of fluorescent X-ray quantitative analysis that the obtained particles contained 0.48% by mass of molybdenum in terms of molybdenum trioxide.
<実施例3>スピネル粒子S-a3の合成
合成例2で得たα-アルミナ粒子A-2 20gと、酸化マグネシウム(神島化学製 平均粒子径3.5μm)7.86gとを乳鉢で混合し、混合物を得た以外は実施例1と同様の操作を行い、24.6gの白色の粉末を得た。得られた粉末の平均粒子径は4.0μmであり、平均粒子径が合成例1で得たα-アルミナ粒子A-1よりも小さい3.8μmである合成例2で得たα-アルミナ粒子A-2を用いた場合、実施例1で得た板状スピネル粒子S-a1よりも平均粒子径が小さい粒子が得られた。また、SEM観察(図1(C)参照)により板状であり、凝集体が極めて少なく、優れた取り扱い性を有する粒子であることが確認された。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来する鋭いピーク散乱が観察された。また、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ、70nmであることを確認した。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.53質量%含むものであることを確認した。
Example 3 Synthesis of Spinel Particles S-a3 20 g of the α-alumina particles A-2 obtained in Synthesis Example 2 and 7.86 g of magnesium oxide (mean particle size 3.5 μm, manufactured by Konoshima Chemical Co., Ltd.) were mixed in a mortar to obtain a mixture, and the same operation as in Example 1 was performed to obtain 24.6 g of a white powder. The obtained powder had an average particle size of 4.0 μm. When the α-alumina particles A-2 obtained in Synthesis Example 2, which had an average particle size of 3.8 μm smaller than that of the α-alumina particles A-1 obtained in Synthesis Example 1, were used, particles having an average particle size smaller than that of the plate-like spinel particles S-a1 obtained in Example 1 were obtained. In addition, SEM observation (see FIG. 1(C)) confirmed that the particles were plate-like, had very few aggregates, and had excellent handleability. Furthermore, when XRD measurement was performed, a sharp peak scattering derived from the spinel was observed. The crystallite size was determined from the peak of the (311) plane observed at about 37 degrees using a CALSA detector, and was found to be 70 nm. Furthermore, the results of quantitative X-ray fluorescence analysis confirmed that the particles contained 0.53 mass % of molybdenum in terms of molybdenum trioxide.
<実施例4>スピネル粒子S-a4の合成
合成例1で得たα-アルミナ粒子A-1 20gと、酸化マグネシウム(神島化学製 平均粒子径3.5μm)7.86gと、三酸化モリブデン1.67gを乳鉢で混合し、混合物を得た以外は実施例1と同様の操作を行い、24.6gの白色の粉末を得た。得られた粉末はSEM観察(図1(D)参照)により板状であり、凝集体が極めて少なく、優れた取り扱い性を有する粒子であることが確認された。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来する鋭いピーク散乱が観察された。また、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ、88nmであり、実施例2の三酸化モリブデンを添加していない配合で焼成したものと比べ、結晶子径が大きく、三酸化モリブデンが結晶成長に寄与していることを確認した。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.61質量%含むものであることを確認した。
Example 4: Synthesis of spinel particles S-a4 20 g of α-alumina particles A-1 obtained in Synthesis Example 1, 7.86 g of magnesium oxide (Kanjima Chemical Co., Ltd., average particle size 3.5 μm), and 1.67 g of molybdenum trioxide were mixed in a mortar to obtain a mixture, and the same operation as in Example 1 was performed to obtain 24.6 g of white powder. The obtained powder was confirmed to be plate-like with very few aggregates and to be particles with excellent handleability by SEM observation (see FIG. 1(D)). Furthermore, when XRD measurement was performed, sharp peak scattering due to spinel was observed. In addition, when the crystallite size was calculated from the peak of the (311) plane observed at around 37 degrees using a CALSA detector, it was found to be 88 nm, which was larger than the crystallite size of the calcined product with a formulation not containing molybdenum trioxide in Example 2, and it was confirmed that molybdenum trioxide contributes to crystal growth. Furthermore, the results of fluorescent X-ray quantitative analysis confirmed that the particles contained 0.61 mass % of molybdenum in terms of molybdenum trioxide.
<実施例5>スピネル粒子S-a5の合成
合成例1で得たα-アルミナ粒子A-1 20gと、酸化マグネシウム(神島化学製 平均粒子径3.5μm)7.86gと、塩化ナトリウム83.57gを乳鉢で混合し、混合物を得た以外は実施例1と同様の操作を行い、24.5gの白色の粉末を得た。得られた粉末の平均粒子径は8.3μmであり、塩化ナトリウムを配合することで、実施例2で得た板状スピネル粒子S-a2よりも平均粒子径が大きい粒子が得られた。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来する鋭いピーク散乱が観察された。また、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ、66nmであることを確認した。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.31質量%含むものであることを確認した。
Example 5: Synthesis of spinel particles S-a5 20 g of α-alumina particles A-1 obtained in Synthesis Example 1, 7.86 g of magnesium oxide (Kanjima Chemical Co., Ltd., average particle size 3.5 μm), and 83.57 g of sodium chloride were mixed in a mortar to obtain a mixture, and the same operation as in Example 1 was performed to obtain 24.5 g of white powder. The average particle size of the obtained powder was 8.3 μm, and by adding sodium chloride, particles with a larger average particle size than the plate-like spinel particles S-a2 obtained in Example 2 were obtained. Furthermore, when XRD measurement was performed, sharp peak scattering due to spinel was observed. In addition, the crystallite size was determined from the peak of the (311) plane observed around 37 degrees using a CALSA detector, and it was confirmed to be 66 nm. Furthermore, from the results of fluorescent X-ray quantitative analysis, it was confirmed that the obtained particles contained 0.31 mass % of molybdenum in terms of molybdenum trioxide.
<実施例6>スピネル粒子S-a6の合成
合成例1で得たα-アルミナ粒子A-1 20gと、酸化マグネシウム(神島化学製 平均粒子径3.5μm)7.86gと、塩化ナトリウム83.57gを乳鉢で混合し、混合物を得た以外は実施例1と同様の操作を行い、24.5gの白色の粉末を得た。得られた粉末の平均粒子径は8.0μmであり、実施例5と同様に塩化カリウムを配合することで実施例2で得た板状スピネル粒子S-a2よりも平均粒子径が大きい粒子が得られた。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来する鋭いピーク散乱が観察された。また、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ、68nmであることを確認した。さらに、蛍光X線定量分析の結果から、得られた粒子は、モリブデンを三酸化モリブデン換算で0.33質量%含むものであることを確認した。
Example 6: Synthesis of spinel particles S-a6 20 g of α-alumina particles A-1 obtained in Synthesis Example 1, 7.86 g of magnesium oxide (Kanjima Chemical Co., Ltd., average particle size 3.5 μm), and 83.57 g of sodium chloride were mixed in a mortar to obtain a mixture, and the same operation as in Example 1 was performed to obtain 24.5 g of white powder. The average particle size of the obtained powder was 8.0 μm, and particles with a larger average particle size than the plate-like spinel particles S-a2 obtained in Example 2 were obtained by adding potassium chloride in the same manner as in Example 5. Furthermore, when XRD measurement was performed, sharp peak scattering due to spinel was observed. In addition, the crystallite size was determined from the peak of the (311) plane observed around 37 degrees using a CALSA detector, and it was confirmed to be 68 nm. Furthermore, from the results of fluorescent X-ray quantitative analysis, it was confirmed that the obtained particles contained 0.33 mass % of molybdenum in terms of molybdenum trioxide.
<比較例1>スピネル粒子S-b1の合成
市販のベーマイト(粒子径2μm)23.53gと、酸化マグネシウム(神島化学製 平均粒子径3.5μm)7.86gとを乳鉢で混合し、混合物を得た。得られた混合物を坩堝に入れ、セラミック電気炉にて5℃/分の条件で1150℃まで昇温し、1150℃で10時間保持し焼成を行なった。その後5℃/分の条件で室温まで降温後、坩堝を取り出し、27.6gの白色の粉末を得た。得られた粉末を乳鉢で、150μm篩を通るまで解砕した。続いて、得られた前記白色粉末の25gと2%硝酸の100mLを配合し、直径5mmのアルミナビーズを加え、ペイントコンディショナーで20分解砕を行った。その後、分散溶液をろ過により2%硝酸を除き、水洗浄と乾燥を行い、24.6gの白色の粉末を得た。得られた粉末をSEMで観察したところ(図1(E)参照)、板状であったが、粒子形状や粒子径が不揃いであった。また、板の厚み平均が1μmで、レーザー回折式粒度分布計より求められる平均粒子径が2.9μmであり、平均粒子径/厚み平均より求められるアスペクト比が2.9と、実施例1~6で得た板状スピネル粒子のアスペクト比と比べて、極端に小さい値となった。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来するピーク散乱が観察されたが、実施例1~6で得た板状スピネル粒子の測定結果と比べて、ピークがブロードであり、CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ28nmであり、実施例1~6で得た板状スピネル粒子の結晶子径と比較して、極端に小さい値となった。
Comparative Example 1 Synthesis of Spinel Particles S-b1 23.53 g of commercially available boehmite (particle diameter 2 μm) and 7.86 g of magnesium oxide (Kamishima Chemical, average particle diameter 3.5 μm) were mixed in a mortar to obtain a mixture. The obtained mixture was placed in a crucible, heated to 1150° C. at 5° C./min in a ceramic electric furnace, and fired at 1150° C. for 10 hours. The temperature was then lowered to room temperature at 5° C./min, and the crucible was removed to obtain 27.6 g of white powder. The obtained powder was crushed in a mortar until it passed through a 150 μm sieve. Next, 25 g of the obtained white powder was mixed with 100 mL of 2% nitric acid, alumina beads with a diameter of 5 mm were added, and the mixture was crushed for 20 minutes in a paint conditioner. The dispersion solution was then filtered to remove the 2% nitric acid, washed with water, and dried to obtain 24.6 g of white powder. When the obtained powder was observed with an SEM (see FIG. 1(E)), it was plate-like, but the particle shape and particle size were not uniform. In addition, the average thickness of the plate was 1 μm, the average particle size determined by a laser diffraction particle size distribution analyzer was 2.9 μm, and the aspect ratio determined by the average particle size/average thickness was 2.9, which was an extremely small value compared to the aspect ratios of the plate-like spinel particles obtained in Examples 1 to 6. Furthermore, when an XRD measurement was performed, peak scattering due to spinel was observed, but the peak was broad compared to the measurement results of the plate-like spinel particles obtained in Examples 1 to 6, and the crystallite size was calculated from the peak of the (311) plane observed at around 37 degrees using a CALSA detector, and was 28 nm, which was an extremely small value compared to the crystallite size of the plate-like spinel particles obtained in Examples 1 to 6.
<比較例2>スピネル粒子S-b2の合成
市販のスピネル粒子(平均粒子径20μmに篩分級で調整されたもの)25gに、径5mmのアルミナビーズ25gを加えペイントコンディショナーを用い解砕を行い、24.7gのスピネル粒子粉末を得た。得られた粉末をSEMで観察したところ(図1(F)参照)、粒子形状や粒子径が不揃いな角状粒子であった。また、板の厚み平均が5.3μmで、レーザー回折式粒度分布計より求められる平均粒子径が5.5μmであり、平均粒子径/厚み平均より求められるアスペクト比が1.0と、実施例1~6で得た板状スピネル粒子のアスペクト比と比べて、極端に小さい値となった。さらに、XRD測定を行ったところ、スピネルに由来するピーク散乱が観察された。CALSA検出器を用い、37度付近に認められる(311)面のピークより結晶子径を求めたところ88nmであった。
Comparative Example 2: Synthesis of spinel particles S-b2 25 g of alumina beads having a diameter of 5 mm were added to 25 g of commercially available spinel particles (adjusted to an average particle diameter of 20 μm by sieving), and the mixture was crushed using a paint conditioner to obtain 24.7 g of spinel particle powder. When the obtained powder was observed with an SEM (see FIG. 1(F)), it was found to be angular particles with irregular particle shapes and particle diameters. In addition, the average plate thickness was 5.3 μm, the average particle diameter calculated using a laser diffraction particle size distribution analyzer was 5.5 μm, and the aspect ratio calculated from the average particle diameter/average thickness was 1.0, which was extremely small compared to the aspect ratios of the plate-like spinel particles obtained in Examples 1 to 6. Furthermore, when an XRD measurement was performed, peak scattering due to spinel was observed. Using a CALSA detector, the crystallite diameter was calculated from the peak of the (311) plane observed around 37 degrees, and was 88 nm.
≪評価方法≫
上記合成例で得られたα-アルミナ粒子、並びに、上記実施例及び比較例で得られたスピネル粒子を試料として、以下の評価を行った。具体的な測定方法を以下に示す。また、評価結果を表1に示す。
Evaluation method
The α-alumina particles obtained in the above Synthesis Example and the spinel particles obtained in the above Examples and Comparative Examples were used as samples to carry out the following evaluations. Specific measurement methods are shown below. The evaluation results are shown in Table 1.
<合成例で得られたα-アルミナ粒子の評価>
[α―アルミナ粒子の平均粒子径Lの計測]
作製した試料について、レーザー回折式粒度分布計HELOS(H3355)&RODOS(株式会社日本レーザー製)を用い、分散圧3bar、引圧90mbarの条件で平均粒子径d50(μm)を求め、平均粒子径Lとした。
<Evaluation of α-alumina particles obtained in synthesis examples>
[Measurement of average particle size L of α-alumina particles]
For the prepared samples, the average particle diameter d50 (μm) was determined using a laser diffraction particle size distribution analyzer HELOS (H3355) & RODOS (manufactured by Japan Laser Co., Ltd.) under conditions of a dispersion pressure of 3 bar and a suction pressure of 90 mbar, and this was taken as the average particle diameter L.
[α化率の分析]
作製した試料を0.5mm深さの測定試料用ホルダーにのせ、一定荷重で平らになるように充填し、それを広角X線回折装置(株式会社リガク製 Rint-Ultma)にセットし、Cu/Kα線、40kV/30mA、スキャンスピード2度/分、走査範囲10度以上70度以下の条件で測定を行った。α-アルミナと遷移アルミナの最強ピーク高さの比よりα化率を求めた。
[Analysis of Alpha Conversion Rate]
The prepared sample was placed on a measurement sample holder with a depth of 0.5 mm, packed flat under a constant load, and set in a wide-angle X-ray diffractometer (Rigaku Corporation, Rint-Ultma) and measured under conditions of Cu/Kα radiation, 40 kV/30 mA, a scan speed of 2 degrees/min, and a scan range of 10 degrees to 70 degrees. The α conversion rate was calculated from the ratio of the strongest peak heights of α-alumina and transition alumina.
[α-アルミナ粒子内に含まれるMo量の分析]
蛍光X線分析装置PrimusIV(株式会社リガク製) を用い、作製した試料約70mgをろ紙にとり、PPフィルムをかぶせて組成分析を行った。XRF分析結果により求められるモリブデン量を、板状アルミナ粒子100質量%に対する三酸化モリブデン換算(質量%)により求めた。
[Analysis of Mo content in α-alumina particles]
Using a Primus IV X-ray fluorescence analyzer (manufactured by Rigaku Corporation), about 70 mg of the prepared sample was placed on filter paper and covered with a PP film for composition analysis. The amount of molybdenum determined from the XRF analysis results was calculated as molybdenum trioxide (mass%) relative to 100 mass% of the plate-like alumina particles.
[密度の測定]
作製した試料を、300℃3時間の条件で前処理を行った後、マイクロメリティックス社製 乾式自動密度計アキュピックII1330を用いて、測定温度25℃、ヘリウムをキャリアガスとして使用した条件で測定した。
[Density measurement]
The prepared sample was pretreated at 300° C. for 3 hours, and then measured using a dry automatic density meter Accupyc II 1330 manufactured by Micromeritics at a measurement temperature of 25° C. using helium as a carrier gas.
<実施例及び比較例で得られたスピネル粒子の評価>
[スピネル粒子の平均粒子径Lの計測]
作製した試料について、レーザー回折式粒度分布計HELOS(H3355)&RODOS(株式会社日本レーザー製)を用い、分散圧3bar、引圧90mbarの条件で平均粒子径d50(μm)を求め、平均粒子径Lとした。
<Evaluation of Spinel Particles Obtained in Examples and Comparative Examples>
[Measurement of the average particle size L of spinel particles]
For the prepared samples, the average particle diameter d50 (μm) was determined using a laser diffraction particle size distribution analyzer HELOS (H3355) & RODOS (manufactured by Japan Laser Co., Ltd.) under conditions of a dispersion pressure of 3 bar and a suction pressure of 90 mbar, and this was taken as the average particle diameter L.
[スピネル粒子の厚みTの計測]
作製した試料について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、50個の厚みを測定した平均値を採用し、厚みT(μm)とした。
[Measurement of thickness T of spinel particles]
The thickness of 50 samples thus produced was measured using a scanning electron microscope (SEM), and the average value was used as the thickness T (μm).
[アスペクト比L/T]
スピネル粒子のアスペクト比は下記の式を用いて求めた。
[Aspect ratio L/T]
The aspect ratio of the spinel particles was calculated using the following formula.
アスペクト比 = 板状スピネル粒子の平均粒子径L/板状スピネル粒子の厚みTAspect ratio = average particle size L of plate-like spinel particles / thickness T of plate-like spinel particles
[スピネル結晶の分析]
作製した試料を0.5mm深さの測定試料用ホルダーにのせ、一定荷重で平らになるように充填し、それを広角X線回折(XRD)装置(株式会社リガク製 Rint-Ultma)にセットし、Cu/Kα線、40kV/30mA、スキャンスピード2度/分、走査範囲10度以上70度以下の条件で測定を行った。
[Analysis of Spinel Crystals]
The prepared sample was placed on a measurement sample holder with a depth of 0.5 mm, and filled flat with a constant load. The sample was then set in a wide-angle X-ray diffraction (XRD) device (Rigaku Corporation, Rint-Ultma) and measured under the conditions of Cu/Kα radiation, 40 kV/30 mA, a scan speed of 2 degrees/min, and a scan range of 10 degrees to 70 degrees.
[結晶子径の測定]
株式会社リガク製 X線回折装置SmartLab、検出器CALSAを用い、以下の条件で37度付近に認められるピークより、(311)面の結晶子径(nm)を求めた。
[Measurement of crystallite size]
Using an X-ray diffractometer SmartLab manufactured by Rigaku Corporation and a detector CALSA, the crystallite diameter (nm) of the (311) plane was determined from a peak observed near 37 degrees under the following conditions.
(測定条件)
2θ/θ法 2θ=15deg以上80deg以下
step数 0.002deg
スキャンスピード0.05deg./min.
βs=20rpm
Soller/PSC=2.5deg.short
Soller=2.5deg.
(Measurement conditions)
2θ/θ method 2θ=15deg or more and 80deg or less Step number 0.002deg
Scan speed: 0.05 deg./min.
βs=20 rpm
Soller/PSC=2.5deg. short
Soller=2.5deg.
[密度の測定]
作製した試料を、300℃3時間の条件で前処理を行った後、マイクロメリティックス社製 乾式自動密度計アキュピックII1330を用いて、測定温度25℃、ヘリウムをキャリアガスとして使用した条件で測定した。
[Density measurement]
The prepared sample was pretreated at 300° C. for 3 hours, and then measured using a dry automatic density meter Accupyc II 1330 manufactured by Micromeritics at a measurement temperature of 25° C. using helium as a carrier gas.
[誘電率・誘電正接の測定]
作製した試料に25gに径5mmのアルミナビーズを加え、ペイントコンディショナーで4時間処理し、スピネル粒子を粉砕した。粉砕したスピネル粒子を用い、ベクトルネットワークアナライザE8361Aを用い、摂動方式共振器法、周波数1GHz、温度25℃、湿度50%の条件で比誘電率・誘電正接を求めた。
[Measurement of dielectric constant and dielectric tangent]
25 g of the prepared sample was added with alumina beads having a diameter of 5 mm, and the sample was treated with a paint conditioner for 4 hours to pulverize the spinel particles. The dielectric constant and dielectric loss tangent of the pulverized spinel particles were measured using a vector network analyzer E8361A under the conditions of a perturbation resonator method, a frequency of 1 GHz, a temperature of 25°C, and a humidity of 50%.
[曲げ応力]
作製した試料を66wt%、ポリフェニレンサルファイト樹脂(PPS樹脂 DIC製MA-500)34wt%となるように配合し、計20gの混合物を準備した。混合物20gをフルフライトのスクリューを設置した二軸混練機を用いて、押出機温度300℃、スクリュー回転数150rpmの条件で2分間溶融混練を行った。得られた混練物をダイスからストランド状で取り出し、ペレット化したのち、小型射出成形機を用いて幅5mm、長さ75mm、厚み1mmのダンベル試験片を得た。得られた試験片を用いて、支点間距離が32mmとなるように、2点で支持し、これと対向する辺における上記2点の中間位置にクロスヘッドの移動速度1mm/分の速度で加重を加えて、試験片が破壊したときの最大荷重を測定し、3点曲げ強度(MPa)を算出した。当該曲げ強度を5点測定して平均値を求めた。
[Bending stress]
The prepared sample was mixed to 66 wt% and polyphenylene sulfite resin (PPS resin, DIC MA-500) to 34 wt%, to prepare a total of 20 g of mixture. 20 g of the mixture was melt-mixed for 2 minutes using a twin-screw mixer equipped with a full-flight screw at an extruder temperature of 300 ° C. and a screw rotation speed of 150 rpm. The resulting kneaded product was taken out of the die in a strand shape, pelletized, and then a dumbbell test piece having a width of 5 mm, a length of 75 mm, and a thickness of 1 mm was obtained using a small injection molding machine. Using the obtained test piece, the test piece was supported at two points so that the distance between the supports was 32 mm, and a load was applied to the intermediate position of the two points on the side opposite to the support at a crosshead movement speed of 1 mm / min, the maximum load when the test piece broke was measured, and the three-point bending strength (MPa) was calculated. The bending strength was measured at five points to obtain an average value.
表1から、実施例1で得たスピネル粒子S-a1と実施例2で得たスピネル粒子S-a2、実施例2で得たスピネル粒子S-a2と実施例4で得たスピネル粒子S-a4の比較により、結晶子径が大きいほど、曲げ応力(曲げ強度)が高くなる傾向がみられた。
また、実施例2で得たスピネル粒子S-a2と、実施例5で得たスピネル粒子S-a5と、実施例6で得たスピネル粒子S-a6の比較により、アスペクト比が大きいほど曲げ応力(曲げ強度)が高くなる傾向がみられた。
From Table 1, a comparison between the spinel particles S-a1 obtained in Example 1 and the spinel particles S-a2 obtained in Example 2, and between the spinel particles S-a2 obtained in Example 2 and the spinel particles S-a4 obtained in Example 4 shows that the bending stress (bending strength) tends to increase as the crystallite size increases.
Furthermore, a comparison of the spinel particles Sa2 obtained in Example 2, the spinel particles Sa5 obtained in Example 5, and the spinel particles Sa6 obtained in Example 6 revealed a tendency for the bending stress (bending strength) to increase as the aspect ratio increased.
これに対し、比較例1で得たスピネル粒子S-b1及び比較例2で得たスピネル粒子Sb-2では、実施例1~6で得たスピネル粒子S-a1~S-a6よりもアスペクト比が小さく、特に比較例1で得たスピネル粒子S-b1は結晶子径も小さく、曲げ応力が著しく低い結果であった。In contrast, the spinel particles S-b1 obtained in Comparative Example 1 and the spinel particles Sb-2 obtained in Comparative Example 2 had smaller aspect ratios than the spinel particles S-a1 to S-a6 obtained in Examples 1 to 6, and the spinel particles S-b1 obtained in Comparative Example 1 in particular had a smaller crystallite diameter and significantly lower bending stress.
以上のことから、本実施形態のスピネル粒子は、高アスペクト比であることで、誘電率や誘電正接等の特有の性能を保ちながら、力学特性に優れることが示された。From the above, it has been shown that the spinel particles of this embodiment have excellent mechanical properties while maintaining their unique performance such as dielectric constant and dielectric tangent due to their high aspect ratio.
本実施形態の板状スピネル粒子及びその製造方法によれば、誘電正接を低く保ちながら、優れた機械強度を有する板状スピネル粒子を提供することができる。According to the plate-shaped spinel particles and the manufacturing method thereof of this embodiment, it is possible to provide plate-shaped spinel particles having excellent mechanical strength while maintaining a low dielectric tangent.
Claims (8)
X線回折法により得られる回折ピークの、(311)面に相当するピークの半値幅から算出される結晶子径が60nm以上90nm以下である、板状スピネル粒子。 a thickness T of 0.01 μm or more and 5 μm or less, an average particle diameter L of 0.1 μm or more and 500 μm or less, an aspect ratio (L/T) of 3 or more and 500 or less, and molybdenum is contained within the particles;
The plate-like spinel particles have a crystallite diameter of 60 nm or more and 90 nm or less, calculated from the half-width of a diffraction peak corresponding to a (311) plane obtained by X-ray diffraction method .
マグネシウム化合物及びアルミニウム化合物を、モリブデン存在下で、焼成させる、製造方法。 A method for producing the plate-like spinel particles according to claim 1 or 2 , comprising the steps of:
A production method comprising calcining a magnesium compound and an aluminum compound in the presence of molybdenum.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019003651 | 2019-01-11 | ||
| JP2019003651 | 2019-01-11 | ||
| PCT/JP2020/000442 WO2020145343A1 (en) | 2019-01-11 | 2020-01-09 | Plate-shaped spinel particles and method for producing same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2020145343A1 JPWO2020145343A1 (en) | 2021-11-25 |
| JP7622435B2 true JP7622435B2 (en) | 2025-01-28 |
Family
ID=71520993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020565200A Active JP7622435B2 (en) | 2019-01-11 | 2020-01-09 | Plate-like spinel particles and method for producing same |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7622435B2 (en) |
| WO (1) | WO2020145343A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4041828A4 (en) * | 2019-10-09 | 2024-11-13 | DIC Corporation | FLAKE ALUMINA PARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING FLAKE ALUMINA PARTICLE |
| WO2022151006A1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | Dic Corporation | Composite particles and method for producing the composite particles |
| CN113046778B (en) * | 2021-03-05 | 2022-11-15 | 北京化工大学 | A kind of ammonia etching sea urchin spherical structure copper manganese spinel material and its preparation method and application |
| TW202406847A (en) * | 2022-07-28 | 2024-02-16 | 日商Dic股份有限公司 | Highly pure spinel particles and production method therefor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016148236A1 (en) | 2015-03-18 | 2016-09-22 | Dic株式会社 | Spinel particles, method for producing same, and composition and molding including spinel particles |
| JP2016222501A (en) | 2015-06-01 | 2016-12-28 | Dic株式会社 | Tabular alumina particle and production method thereof |
| JP2017190456A (en) | 2014-03-14 | 2017-10-19 | 大日精化工業株式会社 | Thermally conductive complex oxide, method for producing the same, and thermally conductive complex oxide-containing composition |
| WO2017221372A1 (en) | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Dic株式会社 | Spinel particles, method for producing same, and composition and molded article including spinel particles |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06171930A (en) * | 1992-12-11 | 1994-06-21 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Spinel powder for light transmitting spinel sintered compact and its production |
-
2020
- 2020-01-09 WO PCT/JP2020/000442 patent/WO2020145343A1/en not_active Ceased
- 2020-01-09 JP JP2020565200A patent/JP7622435B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017190456A (en) | 2014-03-14 | 2017-10-19 | 大日精化工業株式会社 | Thermally conductive complex oxide, method for producing the same, and thermally conductive complex oxide-containing composition |
| WO2016148236A1 (en) | 2015-03-18 | 2016-09-22 | Dic株式会社 | Spinel particles, method for producing same, and composition and molding including spinel particles |
| JP2016222501A (en) | 2015-06-01 | 2016-12-28 | Dic株式会社 | Tabular alumina particle and production method thereof |
| WO2017221372A1 (en) | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Dic株式会社 | Spinel particles, method for producing same, and composition and molded article including spinel particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2020145343A1 (en) | 2021-11-25 |
| WO2020145343A1 (en) | 2020-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7622435B2 (en) | Plate-like spinel particles and method for producing same | |
| JP7388549B2 (en) | Composite particles and method for producing composite particles | |
| JP7524945B2 (en) | Plate-like alumina particles and method for producing plate-like alumina particles | |
| JP7248128B2 (en) | Plate-like alumina particles and method for producing plate-like alumina particles | |
| JP6915748B2 (en) | Plate-shaped alumina particles and method for producing plate-shaped alumina particles | |
| JPWO2020145342A1 (en) | Spinel particles and their manufacturing methods, resin compositions, molded products, compositions, green sheets, fired products, and glass-ceramic substrates. | |
| JP7480916B2 (en) | Composite particles and method for producing the same | |
| TWI841727B (en) | Plate-like aluminum oxide particles and method for producing plate-like aluminum oxide particles | |
| JP7736220B1 (en) | Plate-like alumina particles and method for producing plate-like alumina particles | |
| JP7388548B2 (en) | Alumina particles and method for producing alumina particles | |
| JP7663155B2 (en) | Forsterite particles and method for producing forsterite particles | |
| WO2025241177A1 (en) | Plate-like alumina particle production method | |
| JP7677464B2 (en) | Gadolinia particles and method for producing gadolinia particles | |
| JP7501793B2 (en) | Zirconia particles and method for producing zirconia particles | |
| JP7601266B2 (en) | Ceria particles and method for producing same | |
| JP7458576B2 (en) | Tantalum oxide particles and method for producing tantalum oxide particles | |
| JPWO2020145341A1 (en) | Resin composition, molded product, composition, green sheet, fired product and glass ceramic substrate | |
| WO2023201620A1 (en) | Tantalate particles and method for producing tantalate particles | |
| TW202504850A (en) | Forsterite particles and method for producing forsterite particles | |
| CN116568636A (en) | Niobium oxide particles and method for producing niobium oxide particles | |
| JP2024523223A (en) | Gallia particles and method for producing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240130 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20240528 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240822 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20240903 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241230 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7622435 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |