JPH0610083B2 - 易焼結アルミナの製造方法 - Google Patents

易焼結アルミナの製造方法

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JPH0610083B2
JPH0610083B2 JP1228687A JP22868789A JPH0610083B2 JP H0610083 B2 JPH0610083 B2 JP H0610083B2 JP 1228687 A JP1228687 A JP 1228687A JP 22868789 A JP22868789 A JP 22868789A JP H0610083 B2 JPH0610083 B2 JP H0610083B2
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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

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ミナの製造方法に関する。
則ち1400℃以下の焼成温度で焼結嵩密度が3.90
g/cm3以上の焼結体が得られるアルミナの製造方法に
関する。
〔従来の技術〕
従来よりα−アルミナは耐熱性、耐蝕性,耐摩耗性、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、耐摩耗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、原料アルミ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の平均粒子径
のものは得難く、また得られたアルミナ粉末は粉砕装置
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ミニウム化合物
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、脱水乾燥時に凝集・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
よりも低い焼成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61−26554)。しかしな
がらこの方法はゲル状で成形するため乾燥・焼結時に於
ける成形体の収縮が大きく精密な成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、これを成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・結晶成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ミナが焼結
性に劣るのは、アルミン酸アルカリの加水分解により得
られた水酸化アルミニウムを焼成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
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成することを特徴とする易焼結ア
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ニウムを焼成する場合におい
ては、平均粒子径d50が8μ以下であり、均等数nが、
次式 n>K/{log15−log(d50)} を満足する水酸化アルミニウムを、原料として通常水酸
化アルミ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、上記の水酸化アルミニウム
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、−600mmHg以上の高真空下で焼成する場合にお
いては、d50が20μ以下であり、均等数nが次式 n>K/{log30−log(d50)} 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log
Dと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(100/0.01)}− 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
通常の手法で焼成するとその一部はα−アルミナに相転
移する際、結晶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
TA)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160g/l、Al23濃度120g/lのア
ルミン酸ソーダ溶液に均等数n=3.8、平均粒子径d
50=0.52μの水酸化アルミニウム(昭和電光(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。
上記と同じ組成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&シッ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の水酸化アルミニウムを得た。
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
生成量及び−600mmHg雰囲気で加熱した場合のベーマ
イト生成量を測定した。結果は第1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。
アルミナの調製方法 (1)雰囲気焼成炉により大気圧下、及び−600mmHg
減圧下で各水酸化ア ルミニウムを400℃、 2時間加熱する。
(2)加熱処理物を1wt%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、B ET比表面積が約1
0m2/gのα−アルミナとする。
(4)各焼成物を径300mm・長さ300mmの円筒型回
転ボールミルを 用い、ミル内に20mmφのアルミ
ナボール24Kgと試料アルミナ 2.4Kg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%添加し充分混練後、7gを秤量し金型に入れ成
形圧力500Kg/cm2で成形する。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。
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℃と低くても、焼結体の嵩
密度が3.90g/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ミ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℃における焼成嵩密度は高くなる。均等数
nの大小は、基本的には、水酸化アルミニウムの粗粒の
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15μ、−
600mmHgに於ては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、上記条件が達成せられる。アルミナの
前駆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ミ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Na2O:
Al23モル比1.5、Na2O120g/lのアルミ
ン酸ソーダ溶液を調製した。この液に平均粒子径1.0
μ、均等数3.8の水酸化アルミニウム(昭和電光
(株)製 微粒水酸化アルミニウム H−42)を3g
/l添加し、50℃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50
0℃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℃滞留時間1時間で焼成したと
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℃で焼結嵩密度3.95
g/cm3の焼結体が得られた。
比較例1 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℃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℃滞留時間1時間で焼成したところ、B
ET比表面積10.2m2/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℃で焼結嵩密度3.66g/cm
3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、3.90g/cm
3以上と高く、易焼結性にすぐれている。
【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吸熱及び
重量減の状態を示すグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項2】平均粒子径d50が8μ以下であり、均等数
    nが次式 n>K/{log15−log(d50)} 但しK=log{log(100/0.01)}− log{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. 【請求項3】平均粒子径d50が20μ以下であり均等数
    nが次式 n>1.12345/{log30−log(d50)} を満足する水酸化アルミニウムを、−600mmHg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。
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EP0281265B1 (en) * 1987-02-26 1992-08-05 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for preparing easily mono-dispersible alumina

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