JPH0393617A - 易焼結アルミナの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は易焼結アル萼ナの製造方法に関する．則ち１４
００＠Ｃ以下の焼成温度で焼結嵩密度が３．　　９　０
　ｇ／　ａ１以上の焼結体が得られるアルミナのｉＩｌ
造方法に関する． 〔従来の技術〕 従来よりα−アルミナは耐熱性、耐蝕性，酎庫粍性、電
気絶縁性、熱伝導性等の物性に優れているため半導体集
積回路基板、切削工具、酎摩粍軸受け等の焼結体原料と
して使用されている．近年これらの用途は技術的進歩が
著しく、原料アル竃ナに求められる品質も年々厳しくな
っている．焼結体用原料に要求される物性として特に重
要な事はα−アルミナ粉末の一次粒子径が小さく，強い
凝集粒子が無く形状が均一で低温で焼結出来る事である
．この様な物性を具備するアルミナを原料に用いた場合
に得られる焼結体は焼結密度、機械的強度に優れるとと
もに低温での焼結が可能となり焼成コストは勿論焼成設
備の建設費も低減することができる等の利点を有する． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら従来最も工業的に採用されているバイヤー
法により得られるアルミナは、平均一次粒子が数μｍ〜
数十μｍで長時間の粉砕に依っても１μｍの平均粒子怪
のものは得難く，また得られたアル主ナ粉末は粉砕装置
より混入する不純物による純度低下や結晶形骸破砕面の
非平滑性の故所望する物性の改良効果は得難かった．ま
た、アルミニウムアルコキシド等のアルξニウム化合物
を加水分解しアルミナ水和物となし、これを乾燥・焼成
してα−アルミナを得る方法もあるが，この方法に於い
ては、加水分解により平均一次粒子径の小さいアルミナ
水和物は得られるものの、脱水乾煽時に凝集・固化を生
じ、これを焼成後粉砕しても粒子形状が均一で平均粒子
径の小さい所望とするα−アルミナ粉末を得る事は出来
ない．更にベーマイトのコロイド溶液に種子としてα−
アルミナのコロイド溶液を混合し成形焼成することによ
り従来よりも低い焼結温度で均質で緻密な焼結体が得ら
れる事が知られている（特開昭６１−２６５！５４）．
Ｌかしながらこの方法はゲル状で或形するため乾燥・焼
結時に於ける戒形体の収縮が大きく精密な戒形体は得難
いという欠点を有する．それ故ゲル状物を乾燥・焼成後
粉砕して粉末を得、これを戒形体原料粉末として使用す
る方法も考えられるが，この方法により得られた粉末は
乾燥・焼成過程で粒子が凝集・結晶或長を生じる為か微
粒粉末は得られず、結果として均質で緻密な成形体は得
られない． かかる状況に鑑み本発明者等は低い焼結温度で均質で緻
密な焼結体を得る事が出来る平均一次粒子径が小さく均
質な易焼結性アルミナ粉末を得るべく鋭意検討を行った
結果、従来のバイヤー法により得られたアル１ナが焼結
性に劣るのは、アルミン酸アルカリの加水分解によＶ得
られた水酸化アルミニウムを焼威してアルミナを得る過
程に於いて水酸化アルミニウムの一部が結晶性ベーマイ
トに転移してからα−アルミナに転移する部分が悪影響
を及ぼしているとの知見を持つに至り、本発明方法を完
或するに至った． 〔課題を解決するための手段〕 すなわち、本発明はアルミン酸アルカリを加水分解して
得られる水酸化アルミニウムを焼威してα−アルミナと
する際、ベーマイト相を経由するアルミナが全体の１０
％以下となるように焼威することを特徴とするｓ＃！結
アルミナ粉末の製造方法を提供するにある． そして，ベーマイト相を経由するアルミナが全体の１０
％以下となるように焼成するには、通常の焼成方法則ち
，大気中で水酸化アルミウムを焼威する場合においては
、平均粒子径ｄｓｅが８μ以下であり、均等数ｎが１　
次式 ｎ　＞　Ｋ　／ ｛ｌｏｇ｛ｌｏｇｌ　５　−１ｏ（　（　ｄ　ｓｓ）｝ を満足する水酸化アルミニウムを，原料として通常水酸
化アル竃ニウムを焼成する温度で焼成すればよく，この
方法により易焼結アルミナが製造できる． また，減圧下で焼成すれば、上記の水酸化アルξニウム
よりも，相対的に大きな粒径の水酸化アルミニウムを原
料としても、同様な易焼結アルミナを製造できる． 則ち、−　６　０　０　ｍｍＨｇ以上の高真空下で焼成
する場合においては，ｄ５＠が２０μ以下であり、均等
数ｎが次式 ｎ＞Ｋ／　　（ｌｏｘ３０−１ｏｇ（ｄｓｅ））を満足
する水酸化アルミニウムを原料として焼成すれば、ベー
マイト相を経由するのは１０％以下となり同様な易焼結
アルミナを製造できる。

均等数ｎは、粒度分布の均一性を表わす数値で、ロジン
・ラムラー線図にプロットした粒度分布のグラフの傾き
として得られる．ロジン・ラムラー線図は、粉体用の対
数確率紙で、日本粉体工業協会で入手できるが、粒子径
をＤ、ふるい上をＲ（％）とすれば、Ｘ軸とｙ軸に１ｏ
ｚＤとｌｏｇ　｛ｌｏｇ｛ｌｏｇ　（１００／Ｒ））の
目盛りをつけたものである．又，前記式で Ｋ＝ｌｏｇ　｛ｌｏｇ｛ｌｏｇ　（１００／０．０１）
）−ｌｏｇ　｛ｌｏｇ｛ｌｏｇ　（１００／５０））＝
１．　　　１２３４５ である． 以下、本発明を更に詳細に説明する． 通常バイヤー法で得られる水酸化アルミニウムは鉱物名
をギブサイトまたはハイドラルジライトと称されるアル
ミナ三水和物であり，有姿粒子径が３０〜１００μ程度
の粉末である．これらの水酸化アルミニウムを大気中で
通常の手法で焼威するとその一部はα−アルミナに相転
移する際、結品性ベーマイトを経由する（電気化学　第
２８巻３５８〜３６４頁）． この転移した割合は示差熱天秤による分析により容易に
測定可能である．即ち第１図に示す如く示差熱分析（Ｄ
　Ｔ　Ａ）の吸熱ピークに該当する反応の中で，生成し
たベーマイトが脱水して結晶水を失う温度領域に於ける
重量減少からベーマイトの量を算出しこれが元の試料の
どの程度の割合になるかを計算することができる． この様な方法で上記バイヤー法で得られた水酸化アルミ
ニウムについてベーマイト転移量を測定すると通常は２
５〜５５％の値である．本発明者等はこのベーマイト転
移量が変化した場合に、最終的に得られるα−アルミナ
の焼結特性が変化する現象を詳細に検討した結果、意外
にもベーマイト転移量がある水準以下になると焼結特性
が大幅に改善せられる事を発見し、本発明を完成するに
至った． 以下に本発明の基盤となった実験事実を述べる．苛性ソ
ーダ濃度　１　６　０　ｇ／　ｌ．　　Ａ　ｌ　２０３
濃度１２　０　ｇ　／　ｌのアルミン酸ソーダ溶液に均
等数ｎ＝３．８、平均粒子径ｄｓｓ　＝Ｑ，５２ｐの水
酸化アルミニウム（昭和電工（株）製微粒水酸化アルミ
ニウム　Ｈ−４３）を種子として適当量添加し、所定の
温度で攪はん裡に保持したのち濾過洗浄し第１表に示す
ように均等数ｎが約４で平均粒子径が１．２〜４０μの
水酸化アルミニウムを得た．上記と同じ組或のアルミン
酸ソーダ溶液を用い、三段の析出槽と二段のサイクロン
＆シツクナを組み合わせた種子循環型析出設備により初
期種子に上記Ｈ−４３を用いて析出を継続した．これに
より，均等数ｎが約２で平均粒子径が３〜４０μの水酸
化アル１ニウムを得た． これらの水酸化アルミニウムを理学電機（株）製示差熱
分析装置により大気雰囲気における加熱時のベーマイト
生或量及び−６　０　０　ｍｍＨｇ雰囲気で加熱した場
合のベーマイト生成量を測定した．結栗は第ｌ表に併記
した． また、これらの水酸化アルミニウムを特開昭５５−１４
０７１９を参考に以下の手順で処理しアルミナとし，そ
の焼結特性を比較した．アレミ　　　　　　゜ （１）雰囲気焼成炉により大気圧下、及び−６００　ｍ
ａＨｇ減圧下で各水酸化アルミニウムを４ＯＯ＠Ｃ、 ２時間加熱する． （２）加熱処理物をｌｗｔ％のクエン酸溶液に２００ｇ
／ｌの濃度で懸濁し濾別後温水にて洗浄し乾燥する． （３）カンタル発熱体を用いた電気炉により大気圧下で
所定温度に２時間保持し、ＢＥＴ比表面積が約１０ｍ２
／ｇのα−アル竃ナとす（４） る． 各焼成物を径３００ｍｌＩ１・長さ３００ａｍの円筒型
回転ボール主ルを用い、竃ル内に２０■鳳φのアノレミ
ナボーノレ２４ｋ．と試料アノレミナ２．４ｋ．を充填
し１６時間粉砕処理を行う． 上記により調製された各粉砕アルミナに外割でパラフィ
ンを５％添加し充分混線後，７ｇを秤量し金型に入れ或
形圧力５０　０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２で或形する．
これを脱脂後１４００℃で２時間保持した後，焼結嵩密
度を測定した．測定結果を第１表に示す．（以下余白） 第１表よりわかるようにベーマイト転移量が１０％以下
のものは焼結温度が１４００”　Ｃと低くても、焼結体
の嵩密度が３．　　９　０　ｇ／　ｃｍ３以上となり極
めて焼結活性に富むことがわかる．ベーマイト転移量は
水酸化アル【ニウムの平均粒子径のみによって規定はで
きずその均等数、焼成時の雰囲気により左右される事も
明かである．均等数が大きい場合は平均粒子径が比較的
大きくてもベーマイト転移量は小さいが、均等数が小さ
いと平均粒子径が小さくともベーマイト転移量が大きく
なる．また減圧下では全体的にベーマイト転移量が減少
し相対的に大きい粒子，低い均等数でも１４００℃にお
ける焼結嵩密度は高くなる．均等数ｎの大小は，基本的
には，水酸化アル竃二ウムの粗粒の割合が影響している
．具体的には原料の平均粒子径・均等数と上記結果から
大気雰囲気下の焼成ではｌ５μ、−　６　０　０　ｍ＋
＊Ｈｇに於では３０μ以上の粒径の粒子が殆ど存在しな
い（例えば０．０１％以下）事が必要である． 以上の結果から特許請求の範囲の記載の如く、アルミン
酸アルカリを加水分解して得られる水酸化アルξニウム
を焼威してアルミナを製造するプロセスに於て、水酸化
アルミニウムがアル稟ナに相転移する際、ベーマイト相
を経由するアルミナが全体の１０％以下となるように焼
成することにより従来になく焼結特性に優れたアルミナ
を製造することが可能になった．そして、焼成雰囲気に
応じて原料に用いる水酸化アルミニウムの粒度分布を選
択する事により，上記条件が達或せられる．アルミナの
前廂体としては従来のバイヤー法またはその改良法とし
て既に商業生産工程が確立しているプロセスで製造した
水酸化アルミニウムが使用でき、アルミナの調製工程も
従来のプロセスが利用出来るので製造コストも安い．こ
の方法により製造されたアル主ナは低温で充分な焼結体
が得られるので本発明は産業上極めて有益なものである
．以下に本発明の内容を実施例により詳細に説明するが
本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない． 〔実施例〕 実施例１ バイヤー法で得られた水酸化アルミニウムを工業用苛性
ソーダに溶解した後、希釈・清澄濾過を行いＮ　ａ　２
０：　Ａ　Ｉ　２０　３モル比１．５．Ｎａ２０１２　
０　ｇ　／　ｌのアル稟ン酸ソーダ溶液を調製した。

この液に平均粒子径１．　　０μ、均等数３．８の水酸
化アルミニウム（昭和電工■ａｍ粒水酸化アルミニウム
　Ｈ−４２）を３ｇ／１添加し、５０＠Ｃの温度で４８
時間攪拌裡に保持し有姿平均粒子径２４μ，均等数３．
９の凝集した水酸化アルミニウムを析出させた．次いで
これを濾過・洗浄後パドルドライヤーで混練しつつ乾燥
したところ凝集が解けて平均粒子径６．８μ，均等数３
．７の水酸化アルミニウムが得られた．このものの大気
圧下のベーマイト転移率は８．３％であった．これをロ
ータリーキルンで５００’　Ｃで焼成後、温水に懸濁し
再度濾過・洗浄した後ロータリーキルンで１１５０”Ｃ
滞留時間１時間で焼威したところ、ＢＥＴ比表面積９．
８ｍ２／ｇ、α化率９８％のアルミナが得られた．これ
を既述の方法による粉．砕及び焼結試験に供したところ
１４００゜Ｃで焼結嵩密度３．９５ｇ／ａｍ３の焼結体
が得られた． 比較例ｌ 実施例１で析出させた水酸化アルミニウムを濾過・洗浄
後工業用水に懸濁し噴霧乾燥したところ有姿平均粒子径
２２μ、均等数３．４の凝集した水酸化アルミニウムが
得られた．このものの大気圧下のベーマイト転移率は２
１％であった．これをロータリーキルンで５００”Ｃで
焼成後、温水に懸濁し再度濾過・洗浄した後ロータリー
キルンで１１８０’″Ｃ滞留時間１時間で焼成したとこ
ろ、ＢＥＴ比表面積１０．２ｍ？／ｇ、α化率９８％の
アルミナが得られた．これを既述の方法による粉砕及び
焼結試験に供したところ１４００＠Ｃで焼結嵩密度３．
６６ｇ／ａｍ３の焼結体が得られた．〔発明の効果〕 以上説明したように本発明の方法で製造したアルミナは
、１４００℃における焼結嵩密度が、３．９０ｚ／ｃ１
以上と高く、易焼結性にすぐれている．４．

【図面の簡単な説明】

第１図は、 水酸化アルミニウムの焼成過程での

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミン酸アルカリを加水分解して得られる水酸
   化アルミニウムを焼成してアルミナを製造するプロセス
   に於て、水酸化アルミニウムがアルミナに相転移する際
   、ベーマイト相を経由するアルミナが全体の１０％以下
   となるように焼成する事を特徴とする易焼結アルミナの
   製造方法。
2. （２）平均粒子径ｄ＿５＿０が８μ以下であり、均等数
   ｎが次式 ｎ＞Ｋ／｛ｌｏｇ１５−ｌｏｇ（ｄ＿５＿０）｝但しＫ
   ＝ｌｏｇ｛ｌｏｇ｛ｌｏｇ（１００／０．０１）｝−ｌ
   ｏｇ｛ｌｏｇ（１００／５０）｝ ＝１．１２３４５ を満足する水酸化アルミニウムを、通常の焼成方法で焼
   成することを特徴とする請求項１記載の易焼結アルミナ
   の製造方法。
3. （３）平均粒子径ｄ＿５＿０が２０μ以下であり均等数
   ｎが次式 ｎ＞１．１２３５４／｛ｌｏｇ３０−ｌｏｇ（ｄ＿５＿
   ０）｝を満足する水酸化アルミニウムを、−６００ｍｍ
   Ｈｇ以上の高真空下で焼成することを特徴とする請求項
   １記載の易焼結アルミナの製造方法。