CN115697908B - 无机结构体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的无机结构体(1、1A)具备多个硅酸锆粒子(2)和结合部(3)，所述结合部(3)覆盖硅酸锆粒子(2)的表面，并将硅酸锆粒子(2)之间结合。结合部(3)含有包含硅、除硅以外的金属元素和氧的非晶质化合物，并且实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn。无机结构体(1、1A)的制造方法具有以下工序：通过将多个硅酸锆粒子(11)、非晶质的多个二氧化硅粒子(12)与包含除硅以外的金属元素的水溶液(13)混合而得到混合物的工序；和将该混合物在压力为10～600MPa、并且温度为50～300℃的条件下进行加压及加热的工序。

Description

无机结构体及其制造方法

技术领域

本发明涉及无机结构体及其制造方法。

背景技术

作为由陶瓷制成的无机结构体的制造方法，一直以来已知有烧结法。烧结法是通过将由无机物质形成的固体粉末的集合体在比熔点低的温度下进行加热而得到烧结体的方法。

专利文献1公开了包含约45重量％～约95重量％的多晶锆石相和约5重量％～约55重量％的多晶堇青石相的多晶体的制法。具体而言，公开了经由下述工序：制作包含锆石和/或ZrO₂、Al₂O₃、MgO及SiO₂以及成核剂的混合物；将上述混合物成型为压制坯(compact)；将压制坯在约1290℃～约1550℃的范围内进行烧结而生成烧结体；将烧结体在约600℃～约800℃的温度下进行核形成退火；以及将所得到的核发生体在从约1200℃至低于在核发生体中生成液相的温度为止的温度下进行结晶化退火。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-158863号公报

发明内容

然而，烧结法由于需要将固体粉末在高温下进行加热，因此存在制造时的能量消耗大、花费成本的问题。此外，在低温条件下仅将固体粉末单纯地进行压粉时，固体粉末彼此没有充分地结合，因此存在在所得到的成型体中存在许多气孔、机械强度变得不充分的问题。

本发明是鉴于这样的现有技术所具有的课题而进行的。而且，本发明的目的在于提供能够通过简易的方法来制作、进而具有高致密性的无机结构体、及该无机结构体的制造方法。

为了解决上述课题，本发明的第一方案的无机结构体具备多个硅酸锆粒子和结合部，所述结合部覆盖硅酸锆粒子的表面，并将硅酸锆粒子之间结合。结合部含有包含硅、除硅以外的金属元素和氧的非晶质化合物，并且实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn。

本发明的第二方案的无机结构体的制造方法具有以下工序：通过将包含多个硅酸锆粒子、非晶质的多个二氧化硅粒子和含有除硅以外的金属元素的水溶液进行混合而得到混合物的工序；和将该混合物在压力为10～600MPa、并且温度为50～300℃的条件下进行加压及加热的工序。

附图说明

图1是概略地表示本实施方式的无机结构体的一个例子的截面图。

图2是概略地表示本实施方式的无机结构体的其他例子的截面图。

图3是用于说明本实施方式的无机结构体的制造方法的概略截面图。

图4是表示ICSD中注册的锆石的XRD图案、参考例中的试验样品2及试验样品3的XRD图案、以及样品保持器的XRD图案的图表。

图5(a)是将实施例的试验样品1放大至2000倍的扫描型电子显微镜像。图5(b)是将试验样品1放大至10000倍的扫描型电子显微镜像。图5(c)是放大至2000倍的锆石粉末的扫描型电子显微镜像。图5(d)是放大至10000倍的锆石粉末的扫描型电子显微镜像。

图6(a)是表示实施例的试验样品1中位置1的反射电子图像的图。图6(b)是表示试验样品1中位置2的反射电子图像的图。图6(c)是表示试验样品1中位置3的反射电子图像的图。

图7(a)是表示实施例的试验样品1中将位置1的反射电子图像进行二值化而得到的数据的图。图7(b)是表示试验样品1中将位置2的反射电子图像进行二值化而得到的数据的图。图7(c)是表示试验样品1中将位置3的反射电子图像进行二值化而得到的数据的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本实施方式的无机结构体、及该无机结构体的制造方法进行详细说明。需要说明的是，附图的尺寸比率为了说明的方便而夸张，有时与实际的比率不同。

[无机结构体]

本实施方式的无机结构体1如图1中所示的那样，包含多个硅酸锆粒子2。而且，通过相邻的硅酸锆粒子2介由结合部3而彼此结合，形成硅酸锆粒子2集合而成的无机结构体1。

硅酸锆粒子2以硅酸锆(锆石、ZrSiO₄)作为主要成分。即，硅酸锆粒子2优选含有50mol％以上的硅酸锆，更优选含有80mol％以上，特别优选含有90mol％以上。

硅酸锆粒子2优选为结晶质。通过硅酸锆粒子2为结晶质的粒子，与由无定型形成的粒子的情况相比，能够得到耐久性高的无机结构体1。需要说明的是，硅酸锆粒子2可以为单晶的粒子，也可以为多晶的粒子。

构成无机结构体1的硅酸锆粒子2的平均粒径没有特别限定。但是，硅酸锆粒子2的平均粒径优选为300nm～50μm，进一步优选为300nm～30μm，特别优选为300nm～20μm。通过硅酸锆粒子2的平均粒径为该范围内，硅酸锆粒子2彼此牢固地结合，能够提高无机结构体1的强度。此外，通过硅酸锆粒子2的平均粒径为该范围内，如下文所述的那样，无机结构体1的内部所存在的气孔的比例成为20％以下，因此能够提高无机结构体1的强度。需要说明的是，本说明书中，作为“平均粒径”的值，只要没有特别提及，则采用作为使用扫描型电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)等观察手段在几～几十视场中观察的粒子的粒径的平均值而算出的值。

硅酸锆粒子2的形状没有特别限定，但例如可以设定为球状。此外，硅酸锆粒子2也可以为晶须状(针状)的粒子、或鳞片状的粒子。晶须状粒子或鳞片状粒子与球状粒子相比与其他粒子的接触性及与结合部3的接触性提高，因此能够提高无机结构体1整体的强度。

本实施方式的无机结构体1具备将多个硅酸锆粒子2之间结合的结合部3。通过相邻的硅酸锆粒子2介由结合部3而结合，硅酸锆粒子2彼此三维地结合，因此能够得到机械强度高的块体。

而且，结合部3含有至少包含硅、除硅以外的金属元素和氧的非晶质化合物。如下文所述的那样，无机结构体1可以通过将使硅酸锆粒子、非晶质的二氧化硅粒子与包含除硅以外的金属元素的水溶液混合而成的混合物进行加热及加压来获得。此时，通过二氧化硅粒子与该水溶液发生反应，形成包含硅、金属元素和氧的非晶质化合物。因此，结合部3含有至少包含硅、除硅以外的金属元素和氧的非晶质化合物。

需要说明的是，结合部3优选含有非晶质化合物作为主要成分。具体而言，结合部3优选含有50mol％以上的非晶质化合物，更优选含有70mol％以上，进一步优选含有90mol％以上。

结合部3的非晶质化合物中所含的除硅以外的金属元素可以设定为选自由碱金属、碱土类金属、过渡金属、贱金属(base metal)及半金属构成的组中的至少一者。需要说明的是，本说明书中，碱土类金属除了钙、锶、钡及镭以外，还包含铍及镁。贱金属包含铝、锌、镓、镉、铟、锡、汞、铊、铅、铋及钋。半金属包含硼、硅、锗、砷、锑及碲。

在结合部3中的非晶质化合物中，除硅以外的金属元素优选为锆。如下文所述的那样，无机结构体1可以通过将使硅酸锆粒子、非晶质的二氧化硅粒子与包含锆的水溶液混合而成的混合物进行加热及加压来获得。此时，通过二氧化硅粒子与包含锆的水溶液发生反应，形成包含硅、氧和锆的非晶质化合物。因此，结合部3优选含有包含硅、氧和锆的非晶质化合物。

需要说明的是，结合部3优选实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn。此外，结合部3优选实质上不含Ca、Sr及Ba。本说明书中，所谓“结合部实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn”是指并非使结合部3中故意地含有碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn。因此，在结合部3中混入了碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn作为不可避免的杂质的情况下，满足“结合部实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn”这样的条件。同样地，在本说明书中，所谓“结合部实质上不含Ca、Sr及Ba”是指并非使结合部3中故意地含有Ca、Sr及Ba。因此，在结合部3中混入了Ca、Sr及Ba作为不可避免的杂质的情况下，满足“结合部实质上不含Ca、Sr及Ba”这样的条件。

结合部3优选与硅酸锆粒子2直接接触。此外，结合部3优选覆盖硅酸锆粒子2的表面的至少一部分，更优选覆盖硅酸锆粒子2的表面整体。由此，硅酸锆粒子2与结合部3牢固地结合，因此能够得到致密性及机械强度优异的无机结构体1。

如图2中所示的那样，在无机结构体1A中，结合部3也可以包含平均粒径为100nm以下的微粒4。通过结合部3包含多个微粒4，结合部3成为更致密的结构，因此能够提高无机结构体1A的强度。

如上述那样，结合部3通过使非晶质的二氧化硅粒子与包含除硅以外的金属元素的水溶液被加热及加压并发生反应而形成。因此，在结合部3的内部，有时包含来源于二氧化硅粒子的粒子状物质。此外，如下文所述的那样，非晶质的二氧化硅粒子的粒径优选为100nm以下。因此，结合部3也可以包含来源于二氧化硅粒子、平均粒径为100nm以下的微粒4。需要说明的是，结合部3中所含的微粒4的粒径可以使用扫描型电子显微镜或透射型电子显微镜进行测定。

结合部3中所含的微粒4也可以为由包含硅、氧和除硅以外的金属元素的非晶质化合物形成的粒子。此外，微粒4也可以为由包含硅、氧和除硅以外的金属元素的结晶质化合物形成的粒子。结合部3中所含的微粒4也可以为由包含硅、氧和锆的非晶质化合物形成的粒子。此外，微粒4也可以为由包含硅、氧和锆的结晶质化合物形成的粒子。需要说明的是，微粒4也可以包含未与含有除硅以外的金属元素的水溶液反应的二氧化硅。

在无机结构体1、1A中，硅酸锆粒子2的体积比例优选大于结合部3的体积比例。该情况下，所得到的无机结构体1、1A成为容易利用硅酸锆粒子2的特性的结构体。具体而言，硅酸锆粒子2是热导率低至1.3W/m·K左右、隔热性优异的材料。因此，通过使硅酸锆粒子2的体积比例大于结合部3的体积比例，能够提高无机结构体1、1A整体的隔热性。

结合部3优选进一步含有结晶质的硅酸锆。如上述那样，结合部3含有包含硅和氧的非晶质化合物，更优选含有包含硅、氧和锆的非晶质化合物。因此，结合部3的晶体结构的至少一部分为无定型。但是，结合部3优选除了非晶质化合物以外，还含有结晶质的硅酸锆。通过结合部3进一步含有结晶质的硅酸锆，与结合部3仅由非晶质化合物形成的情况相比，能够提高无机结构体1、1A的化学稳定性。

如上述那样，在无机结构体1、1A中，结合部3优选含有包含硅、氧和锆的非晶质化合物。需要说明的是，在该非晶质化合物中，硅与锆的比率没有特别限定。进而，在结合部3包含微粒4的情况下，微粒4也可以为由包含硅、氧和锆的非晶质化合物形成的粒子，也可以为由结晶质的硅酸锆形成的粒子。此外，在微粒4中，也可以包含来源于作为原料的二氧化硅粒子的二氧化硅。进而，结合部3也可以包含硅酸锆作为结晶质化合物。

如上述那样，结合部3由于通过非晶质的二氧化硅粒子与包含除硅以外的金属元素的水溶液被加热及加压并发生反应而形成，因此成为致密的相。但是，在结合部3的内部及结合部3与硅酸锆粒子2之间的至少一部位中，也可以存在气孔。

而且，无机结构体1、1A的截面中的气孔率优选为20％以下。即，在对无机结构体1、1A的截面进行观察的情况下，每单位面积的气孔的比例的平均值优选为20％以下。在气孔率为20％以下的情况下，硅酸锆粒子2彼此通过结合部3而结合的比例增加，因此无机结构体1、1A变得致密，强度提高。因此，能够提高无机结构体1、1A的机械加工性。此外，在气孔率为20％以下的情况下，可抑制以气孔作为起点而在无机结构体1、1A中产生裂纹，因此能够提高无机结构体1、1A的弯曲强度。需要说明的是，无机结构体1、1A的截面中的气孔率优选为10％以下，更优选为8％以下，进一步优选为5％以下。无机结构体1、1A的截面中的气孔率越小，越可抑制以气孔作为起点的裂纹，因此能够提高无机结构体1、1A的强度。

在本说明书中，气孔率可以如下那样来求出。首先，对无机结构体1、1A的截面进行观察，判别硅酸锆粒子2、结合部3及气孔。而且，测定单位面积和该单位面积中的气孔的面积，求出每单位面积的气孔的比例，将其值设定为气孔率。需要说明的是，更优选对于无机结构体1、1A的截面，在多个部位求出每单位面积的气孔的比例后，将每单位面积的气孔的比例的平均值设定为气孔率。在对无机结构体1、1A的截面进行观察时，可以使用光学显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)。此外，单位面积和该单位面积中的气孔的面积也可以通过将以显微镜观察的图像进行二值化来进行测定。

无机结构体1、1A的内部所存在的气孔的大小没有特别限定，但优选尽可能小。通过气孔的大小较小，可抑制以气孔作为起点的裂纹，因此能够提高无机结构体1、1A的强度，提高无机结构体1、1A的机械加工性。需要说明的是，无机结构体1、1A的气孔的大小优选为5μm以下，更优选为1μm以下，进一步优选为100nm以下。无机结构体1、1A的内部所存在的气孔的大小与上述的气孔率同样地可以通过对无机结构体1、1A的截面以显微镜进行观察来求出。

无机结构体1、1A只要具有硅酸锆粒子2彼此介由结合部3而彼此结合的结构即可。因此，无机结构体1、1A只要具有这样的结构，则其形状没有限定。无机结构体1、1A的形状例如可以设定为板状、膜状、矩形状、块状、棒状、球状。此外，在无机结构体1、1A为板状或膜状的情况下，其厚度t没有特别限定，但例如可以设定为50μm以上。本实施方式的无机结构体1、1A如下文所述的那样通过加压加热法来形成。因此，能够容易地得到厚度大的无机结构体1、1A。需要说明的是，无机结构体1、1A的厚度t可以设定为500μm以上，可以设定为1mm以上，也可以设定为1cm以上。无机结构体1、1A的厚度t的上限没有特别限定，但例如可以设定为50cm。

在无机结构体1、1A中，由于多个硅酸锆粒子2彼此通过结合部3而结合，因此未通过包含有机化合物的有机粘合剂而结合，进而也未通过结合部3以外的无机粘合剂而结合。因此，无机结构体1、1A成为保持硅酸锆粒子2及结合部3的特性的结构体。例如，由于硅酸锆粒子2具有高的隔热性，因此所得到的无机结构体1、1A也成为隔热性优异的结构体。

像这样，本实施方式的无机结构体1、1A具备多个硅酸锆粒子2和结合部3，所述结合部3覆盖硅酸锆粒子2的表面，将硅酸锆粒子2之间结合。结合部3含有包含硅、除硅以外的金属元素和氧的非晶质化合物。进而，结合部3实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn。无机结构体1、1A中，多个硅酸锆粒子2介由致密性高的结合部3而结合。因此，能够得到致密性及机械强度优异的无机结构体1、1A。

此外，已知硅酸锆的热导率为1.3W/m·K左右，在陶瓷材料中热导率低。因此，通过使用硅酸锆粒子2，将结合部3设定为包含硅、氧和锆的非晶质化合物，从而成为除了机械强度以外隔热性也优异的无机结构体1、1A。需要说明的是，无机结构体1、1A优选热导率为1W/m·K以下。此时，热导率可以依据日本产业标准JIS R1611(精细陶瓷的利用闪光法的热扩散率·比热容量·热导率的测定方法)来测定。

本实施方式的无机结构体1、1A如图1及图2中所示的那样，可以制成仅硅酸锆粒子2介由结合部3结合而成的结构体。然而，如下文所述的那样，无机结构体1、1A可以通过一边加热至50～300℃一边加压来获得，因此可以在无机结构体1、1A中添加耐热性低的构件。具体而言，无机结构体1、1A除了硅酸锆粒子2及结合部3以外，还可以包含有机物、树脂粒子。此外，并不限定于有机物等耐热性低的构件，无机结构体1、1A也可以包含硅酸锆粒子2及结合部3以外的由无机化合物形成的粒子。

[无机结构体的制造方法]

接着，对无机结构体1、1A的制造方法进行说明。无机结构体可以通过以下工序来制造：通过将多个硅酸锆粒子、非晶质的多个二氧化硅粒子和水溶液混合而得到混合物的工序；和将该混合物进行加压及加热的工序。

具体而言，首先，将硅酸锆粒子的粉末、二氧化硅粒子与水溶液混合来制备混合物。硅酸锆粒子优选含有50mol％以上的硅酸锆，更优选含有80mol％以上，特别优选含有90mol％以上。

二氧化硅粒子为由非晶质的二氧化硅形成的粒子。而且，二氧化硅粒子优选为烟雾状粒子、即气相二氧化硅。气相二氧化硅(fumed silica)为一次粒子的粒径为5nm～50nm左右的非晶质的二氧化硅粒子。该气相二氧化硅为通过四氯化硅的燃烧水解而制造的粒子，通过一次粒子凝聚及集块而形成体积大的二次粒子。因此，气相二氧化硅与水溶液的反应性高，能够容易地形成包含硅和氧的非晶质化合物。

作为水溶液，使用包含除硅以外的金属元素的水溶液。需要说明的是，包含除硅以外的金属元素的水溶液是以离子的形式包含该金属元素的水溶液。除硅以外的金属元素可以设定为选自由碱金属、碱土类金属、过渡金属、贱金属及半金属构成的组中的至少一者。此外，溶解金属元素的溶剂优选为纯水或离子交换水。但是，溶剂除了水以外，还可以包含酸性物质或碱性物质，还可以包含有机溶剂(例如醇等)。需要说明的是，以下，将“包含除硅以外的金属元素的水溶液”也称为“含金属元素水溶液”。

此外，作为水溶液，优选使用包含锆的水溶液。需要说明的是，包含锆的水溶液是以离子的形式包含锆的水溶液，例如可以使用羟基乙酸锆水溶液。需要说明的是，以下，将“包含锆的水溶液”也称为“含锆水溶液”。

接着，如图3中所示的那样，将使硅酸锆粒子11、二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13混合而成的混合物填充到模具14的内部。将该混合物填充于模具14中后，根据需要将模具14加热。然后，通过对模具14的内部的混合物施加压力，模具14的内部成为高压状态。此时，由于二氧化硅粒子12为非晶质且反应性高，因此二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13发生反应，形成包含硅、氧和除硅以外的金属元素的结合部3。

这里，在使用气相二氧化硅作为二氧化硅粒子12的情况下，气相二氧化硅由于粒径为纳米水平，因此被无间隙地填充于硅酸锆粒子11之间。因此，所得到的结合部3成为致密的结构，能够将硅酸锆粒子11彼此牢固地结合。

此外，作为水溶液，在使用含锆水溶液的情况下，由于硅酸锆粒子11与含锆水溶液都包含锆，因此锆彼此变得容易相互扩散。由此，如图3中所示的那样，在硅酸锆粒子11的表面，变得容易形成包含硅、氧和锆的化合物15、例如硅酸锆。因此，由于所得到的结合部3将硅酸锆粒子11覆盖并且牢固地结合，因此能够提高无机结构体1、1A的机械强度。

然后，通过将成型体从模具的内部取出，能够得到多个硅酸锆粒子2彼此介由结合部3而结合的无机结构体1、1A。

需要说明的是，将硅酸锆粒子11、二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13混合而成的混合物的加热加压条件只要是二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13的反应进展那样的条件则没有特别限定。例如，优选将上述混合物加热至50～300℃，并且以10～600MPa的压力进行加压。需要说明的是，将上述混合物加热时的温度更优选为80～250℃，进一步优选为100～200℃。此外，将上述混合物加压时的压力更优选为50～600MPa，进一步优选为200～600MPa。

通过上述的加热加压工序，非晶质的二氧化硅粒子12也可以与含金属元素水溶液13完全反应而成为包含硅、氧和锆的化合物。此外，二氧化硅粒子12也可以不与含金属元素水溶液13完全反应而作为二氧化硅残留在结合部3中。

此外，由于结合部3通过二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13反应而形成，因此结合部3也可以包含来源于该二氧化硅粒子、平均粒径为100nm以下的微粒4。需要说明的是，微粒4也可以包含未与含金属元素水溶液13反应的二氧化硅。

如上述那样，无机结构体1、1A可以通过将使硅酸锆粒子11、二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13混合而成的混合物以10～600MPa、50～300℃进行加压及加热来获得。而且，通过这样的加热加压工序，能够形成含有非晶质化合物的结合部3。但是，通过延长上述混合物的加热加压时间，非晶质化合物的一部分发生结晶化。因此，例如在结合部3中进一步包含结晶质的硅酸锆的情况下，优选延长硅酸锆粒子与二氧化硅粒子与含锆水溶液的混合物的加热加压时间。

在本实施方式的制造方法中，作为非晶质的二氧化硅粒子，优选使用烟雾状粒子、即气相二氧化硅。但是，作为烟雾状粒子，还存在氧化铝(Al₂O₃)及二氧化钛(TiO₂)。因此，也可以在将硅酸锆粒子11与二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13混合而成的混合物中进一步混合气相氧化铝及气相二氧化钛中的至少一者。由此，气相氧化铝和/或气相二氧化钛与含金属元素水溶液13发生反应，能够使结合部3中包含反应产物。

这里，作为形成硅酸锆粒子的凝聚体的方法，考虑仅将硅酸锆粒子的粉末进行压制的方法。但是，即使将硅酸锆粒子的粉末投入到模具中并在常温下进行加压，硅酸锆粒子的粒子彼此也不易互相反应，不易使该粒子彼此牢固地结合。因此，在所得到的压粉体中存在许多气孔，机械强度变得不充分。

此外，作为形成硅酸锆粒子的凝聚体的方法，还考虑仅将硅酸锆粒子的粉末进行压制而形成压粉体后在高温(例如1700℃以上)下进行烧成的方法。在将硅酸锆粒子的压粉体在高温下进行烧成的情况下，硅酸锆粒子彼此烧结而形成结构体。但是，即使将硅酸锆粒子的压粉体在高温下进行烧成，硅酸锆粒子彼此也不易烧结，因此在所得到的结构体中存在许多气孔，机械强度变得不充分。此外，在将硅酸锆粒子在高温下烧成的情况下，变得需要严密的温度控制，因此制造成本增加。

与此相对，就本实施方式的制造方法而言，由于将使硅酸锆粒子11、非晶质的二氧化硅粒子12与含金属元素水溶液13混合而成的混合物一边加热一边加压，因此能够得到致密并且强度优异的结构体。进而，本实施方式的制造方法由于通过一边在50～300℃下加热一边加压而获得，因此变得不需要严密的温度控制，能够降低制造成本。

像这样，本实施方式的无机结构体1、1A的制造方法具有通过将多个硅酸锆粒子11、非晶质的多个二氧化硅粒子12与包含除硅以外的金属元素的水溶液13混合而得到混合物的工序。该制造方法进一步具有将该混合物在压力为10～600MPa、并且温度为50～300℃的条件下进行加压及加热的工序。因此，本实施方式的制造方法能够通过简易的方法来制作致密性高的无机结构体。

[具备无机结构体的构件]

接着，对具备无机结构体1的构件进行说明。无机结构体1如上述那样，可以制成厚度大的板状，进而由于致密，因此稳定性也优异。此外，无机结构体1的机械强度高，能够与一般的陶瓷构件同样地进行切断，并且还能够进行表面加工。因此，无机结构体1可以适宜作为建筑构件来使用。作为建筑构件，没有特别限定，但例如可列举出外壁材(板壁)、屋顶材等。此外，作为建筑构件，还可列举出道路用材料、外沟用材料。

无机结构体1也可以适宜作为面向电子设备的构件来使用。作为面向电子设备的构件，例如可列举出结构材、耐热构件、绝缘构件、隔热构件、密封材、电路基板、光学构件等。

实施例

以下，对本实施方式通过实施例及参考例进一步进行详细说明，但本实施方式并不限定于这些实施例。

[试验样品的制备]

(实施例)

首先，准备锆石粉末(硅酸锆粉末(ZrSiO₄)、FUJIFILM Wako Pure Chemical株式会社制)和非晶质的二氧化硅粉末(气相二氧化硅、NIPPON AEROSIL株式会社制AEROSIL(注册商标))。接着，通过将锆石粉末0.5g和二氧化硅粉末0.1778g使用玛瑙乳钵和玛瑙乳棒并添加丙酮而进行混合，得到混合粉末。需要说明的是，在该混合粉末中，锆石粉末与二氧化硅粉末的体积比率(vol％)为57：43(ZrSiO₄：SiO₂)。

此外，通过使羟基乙酸锆粉末(ZrO(CH₃COO)₂、三津和化学株式会社制)2g溶解于离子交换水3ml中，得到羟基乙酸锆水溶液。

接着，将混合粉末全部量投入到具有内部空间的圆筒状的成型用模具(Φ10)的内部。进而，向成型用模具的内部添加羟基乙酸锆水溶液400μl，用塑料制的刮勺进行混合。需要说明的是，在包含羟基乙酸锆水溶液的混合粉末中，SiO₂相对于Zr(CH₃COO)₂为250mol％。

然后，将包含该羟基乙酸锆水溶液的混合粉末以150℃、400MPa、60分钟的条件进行加热及加压。像这样操作，得到圆柱状的本例的试验样品1。

(参考例)

为了确认晶体结构，制作不含锆石粉末的试验样品。首先，将与实施例相同的二氧化硅粉末0.2g投入到具有内部空间的圆筒状的成型用模具(Φ10)的内部。进而，向成型用模具的内部添加实施例中制备的羟基乙酸锆水溶液300μl，用塑料制的刮勺(spatula)进行混合。

然后，通过将包含该羟基乙酸锆水溶液的二氧化硅粉末以150℃、400MPa、60分钟的条件进行加热及加压，得到不含锆石粉末的试验样品2。进而，另外通过将包含该羟基乙酸锆水溶液的二氧化硅粉末以150℃、400MPa、240分钟的条件进行加热及加压，得到不含锆石粉末的试验样品3。

将加热、加压时间设定为60分钟而制作的试验样品2除了不含锆石粉末以外，以与实施例的试验样品1相同的条件来制作。因此，认为参考例的试验样品2具有与实施例的试验样品1中的包含硅的化合物(含硅化合物)同样的晶体结构。此外，认为将加热、加压时间设定为240分钟而制作的不含锆石粉末的试验样品3具有与将实施例的试验样品1进行240分钟加热及加压的情况的含硅化合物同样的晶体结构。

[试验样品的评价]

(晶体结构解析)

使用粉末X射线衍射(XRD)装置，测定将试验样品2及试验样品3粉碎而得到的粉末的XRD图案。图4中，示出ICSD中注册的锆石的XRD图案、不含锆石粉末的试验样品2及试验样品3的XRD图案、以及样品保持器的XRD图案。

如图4中所示的那样，在加热、加压时间为60分钟的试验样品2的情况下由于未显示出结晶质的峰，因此认为实施例的试验样品1中所含的含硅化合物为无定型。即，认为试验样品1中的构成结合部3的含硅化合物为无定型。另一方面，在加热、加压时间为240分钟的试验样品3的情况下，由于包含锆石的峰，因此认为含硅化合物由结晶质的锆石及无定型化合物形成。即，在将试验样品1的加热、加压时间设定为240分钟的情况下，认为构成结合部3的含硅化合物由结晶质的锆石及无定型化合物形成。

(结构观察)

对将实施例中制作的圆柱状的试验样品1割断而得到的截面使用扫描型电子显微镜(SEM)进行观察。需要说明的是，对于试验样品1的观察面，实施金的溅射。图5(a)中，示出将试验样品1放大至2000倍的SEM像，图5(b)中，示出将试验样品1放大至10000倍的SEM像。此外，为了参考，图5(c)中，示出放大至2000倍的锆石粉末的SEM像，图5(d)中，示出放大至10000倍的锆石粉末的SEM像。

由图5(a)中所示的SEM像，可以确认实施例的试验样品1中锆石粉末(硅酸锆粒子2)彼此介由结合部3而彼此结合。此外，就试验样品1而言，能够确认到致密的结构。进而，如图5(b)的符号A所示的那样，能够确认在结合部3的内部包含粒径为100nm以下的微细的微粒4。

(气孔率测定)

首先，对圆柱状的实施例的试验样品1的截面实施剖面研磨加工(CP加工)。接着，使用扫描型电子显微镜(SEM)，对于试验样品1的截面，以50000倍的倍率观察反射电子图像。将通过对试验样品1的截面的3处(位置1～3)进行观察而得到的反射电子图像示于图6(a)、图6(b)、图6(c)中。在所观察的反射电子图像中，白色部22为锆石，灰色部23为含硅化合物，黑色部25为气孔。

接着，通过对3个视场的SEM像分别进行二值化，能够明确气孔部分。分别在图7(a)、图7(b)、图7(c)中示出将图6(a)、图6(b)、图6(c)的反射电子图像进行二值化而得到的图像。然后，由二值化而得到的图像算出气孔部分的面积比例，将平均值设定为气孔率。具体而言，根据图7(a)，位置1的气孔部分的面积比例为7.4％。根据图7(b)，位置2的气孔部分的面积比例为5.9％。根据图7(c)，位置3的气孔部分的面积比例为7.3％。因此，这次制作的试验样品1的气孔率为位置1～3的气孔部分的面积比例的平均值即6.8％。

以上，对本实施方式进行了说明，但本实施方式并不限定于这些，可以在本实施方式的主旨的范围内进行各种变形。

日本特愿2020-092453号(申请日：2020年5月27日)的全部内容被援引于此。

产业上的可利用性

根据本公开，能够提供可通过简易的方法来制作、进而具有高致密性的无机结构体、及该无机结构体的制造方法。

符号的说明

1、1A 无机结构体

2 硅酸锆粒子

3 结合部

4 微粒

11 硅酸锆粒子

12 二氧化硅粒子

13 包含除硅以外的金属元素的水溶液

Claims (8)

1.一种无机结构体，其具备：

多个硅酸锆粒子；和

结合部，该结合部覆盖所述硅酸锆粒子的表面，并将所述硅酸锆粒子之间结合；

所述结合部含有包含硅、除硅以外的金属元素和氧的非晶质化合物，并且实质上不含碱金属、B、V、Te、P、Bi、Pb及Zn，

所述结合部包含平均粒径为100nm以下的微粒，

气孔率为20％以下，

所述除硅以外的金属元素为锆。

2.根据权利要求1所述的无机结构体，其中，所述结合部实质上不含Ca、Sr及Ba。

3.根据权利要求1或2所述的无机结构体，其中，所述硅酸锆粒子的体积比例大于所述结合部的体积比例。

4.根据权利要求1或2所述的无机结构体，其中，所述结合部进一步含有结晶质的硅酸锆。

5.根据权利要求1或2所述的无机结构体，其中，所述硅酸锆粒子为结晶质。

6.根据权利要求1或2所述的无机结构体，其热导率为1W/m·K以下。

7.根据权利要求1或2所述的无机结构体，其厚度为500μm以上。

8.一种无机结构体的制造方法，其具有以下工序：

通过将多个硅酸锆粒子、非晶质且平均粒径为100nm以下的多个二氧化硅粒子与包含除硅以外的金属元素的水溶液进行混合而得到混合物的工序；和

将所述混合物在压力为10～600MPa、并且温度为50～300℃的条件下进行加压及加热的工序。