JPH03199119A - ベルヌーイ法単結晶用原料アルミナの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用） 本発明はベルヌーイ法単結晶用原料アルミナの製造法に
係わり、更に詳細には、得られる単結晶中に気泡の増加
を見ることなく、極めて生産性に優れたベルヌーイ法単
結晶用原料アルミナの製造法に関するものである。

（従来の技術） 従来より単結晶の製造法は種々の方法が考案され実用化
されている。これらの単結晶製造法の一つにベルヌーイ
　（Ｖｅｒｎｅｕｔｌ）法または火炎熔融（ｆ　ｌａｍ
ｅ　　ｆ　ｕｓ　ｉ　ｏｎ）法と呼ばれる方法がある。

この方法は原料粉末を入れた容器の頭部をパイプレーク
−で打ち、酸水素炎中に原料粉末を少量ずつ落下させ熔
融した原料を受器台上につもらせ、これを徐々に成長さ
せることにより単結晶を製造するものである。この方法
はルツボを使用しないので結晶育成中に不純物が混入し
づらく、しかも大きい単結晶を他の製造法に比べて短時
間で得ることができる特徴をもっている。このためこの
方法で酸化アルミニウム（Ａｊ！ｇｏｓ）系、スピネル
（Ｍ　ｇ　Ａ　１　ｘ　Ｏａ　）系、ルチル（Ｔ　ｉ　
Ｏｚ　）系、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯｌ）
系、イツトリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙｓ　
Ａ　ｉｓ　Ｏ＋ｘ）系、ガドリニウム・ガリウム・ガー
ネット（ＧｄｓＧａ、Ｏ，、）系などの単結晶が人造宝
石としてだけでなく軸受・腕時計用窓材料などの耐摩耗
材料やレーザー材料などの工業材料として多量に製造さ
れている。

しかしベルヌーイ法単結晶製造法には原料粉末が容器頭
部に加えられるわずかな振動によってブロッキングをお
こさずに容器底部の網を通して均一に落下しないと単結
晶が得られないという欠点があった。そのため原料粉末
製造に当たっては高純度で熔融させやすいということの
他にブロッキングを起こさず網を目詰まりさせない流動
性の良い粉末が要求されている。

このような要求に対して従来は熔融させやすくするため
に粉末の一次粒子径が１μｍ以下と細かく流動性を良く
するために嵩密度の低い粉末が使用されていた。流動性
の良い原料粉末としては例えば酸化アルミニウム系単結
晶の場合にはアンモニウムミョウバンを約１０００℃で
熱分解して得られる鱗片状のγ−アル朶す粉末が使用さ
れている。この粉末は鱗片状をしているため容器内でブ
ロッキングを起こしづらく流動性が良いという特徴をも
っている。しかし粉末の嵩密度が非常に小さいので容器
が大きくなりすぎ振動を与えづらく落下量の精度が悪い
ことと、非常にフワフワしているため酸水素炎の中を落
下させて熔融する際に周囲に吹き飛んでしまう粉末が相
当多く高価な原料から単結晶を得るにもかかわらず収率
が悪いという問題点があった・ またアンモニウムミョウバンの熱分解で得られる粉末は
粒度分布の幅が広いため一定の粒径以上の粉末は予め綱
で分級して取除いてから単結晶製造に使用している。こ
のためこの工程でも原料粉末の収率が悪いという問題が
あった。

このような問題点を解消する方法として酸化アルミニウ
ム等のベルヌーイ法原料粉末を噴霧乾燥法等により直径
約５〜２００μｍの球状に造粒、底形することにより、
原料の流動性を増し生産性を改良した方法が開示されて
いる（特開昭５９−３０９３号〉。

（発明が解決しようとする課題） 該方法により得られた単結晶用原料は、嵩密度が高く、
粉末の飛散も少なく流動性に優れているため、生産性の
改良効果は有するが、従来の未造粒品に比し、得られた
単結晶中に気泡が増加するという問題があった。

かかる情況を鑑み、本発明者らは得られる単結晶中に気
泡の発生が実質的になく、かつ生産性の改良されたベル
ヌーイ法単結晶用原料アルミナを得ることを目的とし、
鋭意検討した結果、従来噴霧乾燥による造粒、底形にあ
っては必須とされていた有機結合剤を実質的に使用する
ことなく、特定の比表面積を有する水酸化アルミニウム
と特定量の分散剤を使用することにより上記目的を達成
し得ることを見出し、遂に本発明を完成するに至った。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明はＢＥＴ比表面積６０ポ／ｇ以上の酸
化アルミニウムと該酸化アルミニウムに対して約０．２
重量％〜約３重量％の分散剤を水溶液中に分散させスラ
リー化した後、該スラリーを噴霧乾燥し、平均二次粒子
径１０μｍ〜７０μｍ、最大粒子径が１３０ｐｍ以下の
酸化アルミニウム造粒体を得ることを特徴とするベルヌ
ーイ法単結晶用原料アルミナの製造法を提供するにある
。

以下、本発明方法をさらに詳細に説明する。

本発明方法の実施に際し噴霧乾燥に供する酸化アルミニ
ウムとしては、従来ベルヌーイ法に適用されている酸化
アルミニウム粉末のうち、平均−次粒子径が約０．１μ
ｍ以下、好ましくは約０．０７μｍ以下で、ＢＥＴ比表
面積が約６０ｎ（／ｇ以上のものであればよく、その製
造方法は有機アルミニウムの加水分解法、明春法、アン
モニウムドーソナイト法エチレンクロルヒドリン法、ア
ルミニウム水中火花放電法、高純度バイヤー法等公知の
方法で得られたものが適用できる。

使用する酸化アルミニウム粉末の純度は得られる結晶の
品質に大きく影響するのでできるだけ高純度品を使用す
ることが望ましく、通常９９．９重量％以上、このまし
くは９９．９９重量％以上の高純度品を用いると特に良
質な単結晶を得ることができる。

本発明方法において、噴霧乾燥に供する原料粉末は、比
表面積が約６０ｒｄ／ｇ以上の酸化アルミニウムを用い
ることを必須とする。

原料酸化アルミニウム粉末の比表面積が６０ｒｄ／ｇ未
満の場合には、噴霧乾燥に際しスラリー中に例え分散剤
を存在させたとしても、有機結合剤を用いないと得られ
た造粒体は球状の造粒体のみならず歪な造粒体や未造粒
粉を含み流動性の改良効果が低い。

このような比表面積を有する酸化アルミニウムは通常α
−アルミナを除くγ、δ、ζ、θ。

に、ρ等の結晶構造を有する遷移アルミナの一種或いは
これらの混合物であり、就中γ−アルミナが汎用される
。

本発明方法の実施においては上記物性を有する酸化アル
ミニウムを酸化アルミニウムに対し約０．２重量％〜約
３重量％の分散剤の存在下、水溶液（水、単独の場合も
ある）中に分散しスラリー化したのち、該スラリーを噴
霧乾燥することにより行われる。

水溶液に対する酸化アルミニウム粉末の分散混合量は噴
霧乾燥条件により一義的ではないが通常約５０　ｇ　／
　１〜約２０００　ｇ／ｌ、好ましくは１００ｇ／Ｊ〜
約１５００　ｇ／ｌの範囲で実施すればよい。

分散、混合方法としては水溶液中に酸化アルミニウム粉
末や分散剤が均一に混合し得る方法であればよく、例え
ば攪拌機による機械攪拌、或いはボールミルやアトライ
ター等による湿式混合、さらには超音波分散機を用いる
等の方法が挙げられる。

酸化アルミニウムに対する分散剤の量が上記範囲より少
ない場合には噴霧乾燥により得られた造粒体は球状の造
粒体のみならずいびつな造粒体や未造粒粉を含み、流動
性が低くなり好ましくなく、他方上記範囲を越える場合
には、流動性の改良効果は見られるものの、これを原料
として得た単結晶中に多数の気泡が残存するので好まし
くない。

分散剤としては酸性分散剤、アルカリ性分散剤、中性分
散剤等特に制限されないが、中性分散剤を用いる場合に
は設備に耐腐蝕材料を用いなくてもよいので、推奨され
る。

より具体的には塩酸、硫酸、硝酸等の酸性分散剤、アン
モニア等のアルカリ性分散剤、ポリカルボン酸アンモニ
ウム塩、縮合ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩、ポ
リアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸アミド系
分散剤或いはカルボン酸／スルホン酸共重合体系アンモ
ニウム塩等が挙げられる。

スラリーの調合に際し、本発明方法においては実質的（
約０．５重量％以上）に有機結合剤を用いない。

通常、噴霧乾燥においては粉体間の結合強化を目的とし
て有機バインダーが使用されているが、本発明方法にお
いて通常有機結合剤の添加下限である０、５重置％（対
酸化アルミニウム）を越え用いた場合には例え分散剤が
上記範囲で存在していたとしても、これを原料として得
た単結晶中には多数の気泡が残存し、好ましくない。

噴霧乾燥機による造粒体の粒径は原料粉末の流動性と熔
融しやすさによって決定されるが、凝集による気泡発生
防止、さらには酸水素炎の中を落下させる時の飛散によ
る収率悪化を防止する目的より篩別法より求めた平均二
次粒子径を約１０μｍ以上、またあまり大きい場合には
単結晶成長部に落下した後熔融するのに長間を要するの
で平均二次粒子径は約７０μｍ以下が適当である。

また、噴霧乾燥により得た造粒体中に平均二次粒子径が
約１３０μｍを越える造粒体が存在する場合には、単結
晶製造時の気泡発生原因となるので、篩別したのち単結
晶用原料として用いることが推奨される。

本発明により球状に造粒した原料粉末を用いて単結晶を
製造するための装置としては従来からあるベルヌイ法単
結晶製造装置を使用することができる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明方法は、特定の比表面積を有す
る酸化アル〔ニウムを用い、特定量の分散剤の存在下、
噴霧乾燥し、特定の平均二次粒子径を有する酸化アルミ
ニウム造粒体を得、これをベルヌーイ法単結晶用原料と
して用いるという極めて簡単な手法によるものであるが
、かかる本発明方法により得られた酸化アルミニウム造
粒体を用いる場合には、流動性がよく、生産性に優れる
のみならず、気泡の極めて少ない品質の優れた単結晶が
得られるので、その工業的価値は頗る大である。

（実施例） 以下に本発明の内容をさらに具体的に示すために実施例
、比較例を示すが、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではない。

実施例−１ 純度９９．９９９４、ＢＥＴ比表面積１５０ｒｒｒ／ｇ
のγ−ＡＩＲ０３粉末１００璽量部とＰＨ１，５のＨＣ
Ｉｔ水５０水型００重量部分散してスラリー状とし、デ
ィスク式噴霧乾燥機で乾燥造粒を行い、平均二次粒子径
４０μΦ造粒体を得た。

こうして得られた造粒体は球状で、末造粒粉は見られず
、非常に流動性に冨んでいた。

この造粒体を原料として通常のベルヌーイ法単結晶製造
方法装置で火炎熔融してサファイヤ単結晶を成長させた
ところ、成長速度３０ｗｍ／Ｈｒで、得られた単結晶２
００ｇ中の気泡は２個以下と良質であった。

実施例−２ 実施例−１で用いたと同しγ−Ａ＃ｔＯｓ粉末１００重
量部と、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム０．
５重量部と水５００重量部を混合分散してスラリー状と
し、ディスク式噴霧乾燥機で乾燥造粒を行い、平均二次
粒子径４０μの造粒体を得た。こうして得られた造粒体
は球状で、末造粒粉は見られず、非常に流動性に冨んで
いた。

この造粒体を原料として通常のベルヌーイ法単結晶製造
装置で火炎熔融してサファイヤ単結晶を成長させたさこ
ろ、成長速度２８１ｍ／Ｈｒで、得られた単結晶２００
ｇ中の気泡は２個−以下と良質であった。

実施例−３〜５ 純度９９．９９％でＢＥＴ比表面積及び結晶構造は第１
表に示す酸化アルミニウム粉末１００重量部と、第１表
に示した分散剤と水を混合分散してスラリー状とし、デ
ィスク式噴霧乾燥機で乾燥造粒を行った。得られた造粒
体の平均二次粒子径及び形状は第１表に示すす通りであ
り、非常に流動性に富んでいた。

この造粒体を原料として通常のベルヌーイ法単結晶製造
装置で火炎熔融してサファイヤ単結晶を成長させた。

成長速度及び得られた単結晶２００ｇ中の気泡の数は第
１表に示す通りで成長速度が早くサファイヤ単結晶は良
質であった。

比較例−１ 純度９９．９９％、ＢＥＴ比表面積５０ボ／ｇのγ−Ａ
　１　ｔ　Ｏｓとα−Ａｆｔ　０３の混合粉末１００重
量部とＰ　Ｈ１，５のＨＣｆ水５００重量部を混合分散
してスラリー状とし、ディスク式噴霧乾燥機で乾燥造粒
して平均二次粒子径２５μの造粒体を得た。

こうして得られた造粒体は球状の他に、球状造粒体が破
損された造粒体及び造粒されていない粉末アルミナが多
数見られ、流動性が悪かった。この造粒体を原料として
通常のベルヌーイ法単結晶製造装置で火炎熔融してサフ
ァイヤ単結晶を成長させたところ、アルξすがホッパー
に付着したり、ホッパー下の網が目詰まりして定常な成
長ができず、平均成長速度は５　ａｍ　／　Ｈｒ低く、
得られたサファイヤ単結晶２００ｇ中の気泡は１８個と
多かった。

比較例−２ 比較例−１のアルミナスラリーに有機結合剤としてポリ
ビニルアルコール１．５重量部を添加混合し、比較例−
１と同条件で噴霧乾燥して造粒体を得た。造粒体の平均
二次粒子径は４０μ。

で球状で流動性に冨んでいた。

この造粒体を原料として比較例−１と同条件で火炎熔融
したところ、アルξすのホッパー付着や網の目詰まりは
なくなり、サファイヤの成長速度１５ｍ／Ｈｒであった
が、得られた単結晶２００ｇ中の気泡は２０個以上と多
数存在した。

比較例−３〜比較例−８ 純度９９．９９％でＢＥＴ比表面積及び結晶形は第１表
に示したアルξす１００重量部と第１表に示した分散剤
と水及びバインダーを混合分散しく比較例−１は有機結
合剤を添加せず）スラリー状とし、ディスク式噴霧乾燥
機で乾燥造粒した得られた造粒体を原料として通常のベ
ルヌーイ法単結晶製造装置で火炎熔融してサファイヤ単
結晶を成長させた。

成長速度及び得られたサファイヤ単結晶２゜０ｇ中の気
泡の数を第１表に示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＢＥＴ比表面積６０ｍ＾２／ｇ以上の酸化アルミ
   ニウムと該酸化アルミニウムに対して約０．２重量％〜
   約３重量％の分散剤を水溶液中に分散させスラリー化し
   た後、該スラリーを噴霧乾燥し、平均二次粒子径１０μ
   ｍ〜７０μｍ、最大二次粒子径が１３０μｍ以下の酸化
   アルミニウム造粒体を得ることを特徴とするベルヌーイ
   法単結晶用原料アルミナの製造法。
2. （２）分散剤が中性分散剤であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のベルヌーイ法単結晶用原料アル
   ミナの製造法。