JPH10324519A

JPH10324519A - 易焼結性高純度アルミナ粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH10324519A
Application number: JP9144588A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Nishi; 芳次西; Tatsuya Shiogai; 達也塩貝; Hideto Yoshida; 秀人吉田
Original assignee: Chichibu Onoda Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の易焼結性を有する高純度のアルミナ粉
末の製造方法では、多量にまたは安価に製造することが
できないという問題があった。【解決手段】純度が９９．９９％以上のアルミナ粉末
を直径が２ｍｍ以下の鉄媒体で平均粒径が０．２ミクロ
ン以下で、比表面積が１５×１０³ｍ²／ｋｇ以上に粉砕
した後、そのアルミナ粉末を塩酸または硝酸で洗浄し、
さらに濃度が１０Ｎ以上の硫酸で洗浄することとした易
焼結性高純度アルミナ粉末の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高純度のアルミナ
粉末の製造方法に関し、特に易焼結性を有する高純度の
アルミナ粉末の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の高集積化と小型化により、半導
体の製造装置に用いる部品や部材には、耐薬品性、耐プ
ラズマ性に優れるのみならず、ポアの極めて少ないセラ
ミックスが要望されており、そのセラミックスには安価
で使い易いアルミナセラミックスに特にその要望が高ま
っている。

【０００３】この要望に対応するため、従来は、高純度
のアルミナ粉末を常圧焼結した後、さらにＨＩＰ処理
（熱間静水圧処理）することにより、常圧焼結で残留し
た焼結体中のポアを押しつぶすことでその数を低減して
いた。しかし、この方法は、常圧焼結に１５００℃以上
の高温を必要とするので、粒成長を生じ、ＨＩＰ処理し
ても十分なポア低減の効果が発揮されず、焼結体に多く
のポアが残存するという問題があった。

【０００４】また、常圧焼結に１５００℃以上の高温を
必要とするためＨＩＰ処理温度も１４００℃以上の温度
を必要とするので、ＨＩＰ処理装置の熱源（ヒータ）や
断熱材をカーボン材で形成する必要があった。そのた
め、ＨＩＰ処理装置の構造や耐久性に問題が生じ、１４
００℃以上でＨＩＰ処理を行える大型のＨＩＰ装置がな
く、作製する製品の大きさが制限されるという問題もあ
った。

【０００５】これを解決するため、１４００℃以下の温
度で焼結可能とする高純度のアルミナ粉末を得る製造方
法として、アルミニウム・カーボネイト・ハイドロオキ
サイド・アンモニウム（ＮＨ₄ＡｌＣＯ₃（ＯＨ））を熱
分解した後、１２００〜１４００℃の温度で焙焼して製
造する方法が「窯協，８４，２５５〜２５８（１９９
６）」で提案されている。この他、アルミニウムアルコ
キシドを加水分解し、得られた水和物を焼成して製造す
る方法も「化学総説，４８，１７３〜１７８（１９８
５）」で提案されている。これらの方法は、製造された
アルミナ粉末が、高純度である上に極めて微粉であるた
め、１４００℃以下の低温でも常圧焼結できる粉末を得
ることのできる製造方法となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た前者の方法では、製造工程が複雑であるため、アルミ
ナ粉末を多量に製造することができないという問題があ
った。また、後者の方法でも、使用するアルミニウムア
ルコキシドが高価であるため、製造されたアルミナ粉末
が非常に高価となり、アルミナ粉末を安価に製造するこ
とができないという問題があった。

【０００７】本発明は、上述した低温で焼結可能な易焼
結性高純度アルミナ粉末の製造方法が有する課題に鑑み
なされたものであって、その目的は、安価で多量に製造
することのできる易焼結性高純度アルミナ粉末の製造方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、市販の高純度アルミ
ナ粉末を比重の大きい鉄製の小径媒体で粉砕した後、媒
体から混入したＦｅを酸洗浄により除去すれば、易焼結
性を有する高純度のアルミナ粉末が安価で多量に得られ
るとの知見を得て本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち本発明は、純度が９９．９９％以上の
アルミナ粉末を直径が２ｍｍ以下の鉄媒体で平均粒径が
０．２ミクロン以下で、比表面積が１５×１０³ｍ²／ｋ
ｇ以上に粉砕した後、そのアルミナ粉末を塩酸または硝
酸で洗浄し、さらに濃度が１０Ｎ以上の硫酸で洗浄する
ことを特徴とする易焼結性高純度アルミナ粉末の製造方
法とすることを要旨とする。以下、さらに詳細に説明す
る。

【００１０】この製造方法は、安価に購入できる市販の
高純度アルミナ粉末を微粉砕することで、易焼結性を有
する高純度のアルミナ微粉末を安価でしかも多量に得る
製造方法であって、その出発原料としては、純度が９
９．９９％以上の高純度のアルミナ粉末とした。純度が
９９．９９％より低くなると、１４００℃より低い温度
で焼結できても粒成長を生じ、ポアの少ない焼結体が得
られ難くなるので好ましくない。

【００１１】その高純度のアルミナ粉末を粉砕で微細化
する。粉砕操作で原料粉末を微細化することで、粉末の
活性が向上し、易焼結性の粉末が得られることはよく知
られているが、その粉砕で媒体の摩耗は避け難く、この
摩耗によりコンタミが発生し、このコンタミにより、易
焼結性は向上するものの、逆に粒成長が生じ、ポアを低
減することが難しくなる。

【００１２】そのため、用いる媒体としては、コンタミ
は発生するが、そのコンタミの除去が可能であって、し
かも微細化をより進めることのできるものとして、比重
の大きい鉄媒体とした。比重の大きいＺｒＯ₂媒体も考
えられるが、それから混入するコンタミの除去が難し
く、高純度化することができない。また、コンタミの混
入には問題のない高純度のアルミナを媒体として用いる
ことも考えられるが、媒体の比重が小さいため、粉砕効
率が悪く、目的とする微細化には長時間の粉砕を要し、
現実的ではない。

【００１３】用いる鉄媒体の大きさとしては、直径２ｍ
ｍ以下とした。２ｍｍより大きいと微細化が難しくなる
ので好ましくない。その粉砕する細かさとしては、平均
粒径で０．２μｍ以下とし、比表面積で１５×１０³ｍ²
／ｋｇ以上とした。平均粒径が０．２μｍより粗いと易
焼結性が望めず、比表面積が１５×１０³ｍ²／ｋｇより
小さいとこれも同様易焼結性が望めない。

【００１４】粉砕で摩耗して混入するＦｅの除去として
は、先ずアルミナ粉末を塩酸または硝酸で洗浄した後、
さらに硫酸で洗浄することとした。粉砕により数％のＦ
ｅが混入するので、その大部分を先ず塩酸または硝酸で
洗浄する。この洗浄を行った粉末中にはまだ５０〜５０
０ｐｐｍのＦｅが含まれているため、さらに洗浄力の強
い硫酸で洗浄する。その硫酸の濃度としては、１０Ｎ以
上が必要であり、１０Ｎより低いと洗浄効果が弱く、残
存するＦｅ等（Ｆｅ、Ｆｅ₂Ｏ₃等）を十分に除去できな
い。脱鉄した粉末を最後に酸を洗い流して乾燥すること
により、易焼結性の微細で高純度のアルミナ粉末が得ら
れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳細に
述べると、先ず純度が９９．９９％以上の市販されてい
る高純度アルミナ粉末を用意する。その粉末に水あるい
はアルコール等の溶媒を加え、それを粉砕機、例えばア
トリッションミル、ボールミル、アトライター、ビーズ
ミル等の粉砕機に入れ、直径が２ｍｍ以下の鉄媒体で所
望の細かさに粉砕する。粉砕時間は、それぞれの粉砕機
に合わせて決めればよい。また、アルミナのスラリー中
の濃度は、所望する平均粒径の大きさと粉砕機の種類な
どにより異なるが、平均粒径が０．２〜０．１μｍを狙
いとする場合には、２０〜４０ｗｔ％程度でよい。

【００１６】次いで、粉砕したアルミナスラリーを塩酸
または硝酸で洗浄する。この洗浄は、次式に示す理論量
の１０〜５０倍の酸溶液で洗浄、濾過を数回繰り返す。
なお、塩酸を使用する場合、洗浄効果をより発揮させる
ためには、希塩酸を使用するとよい。洗浄後、１０Ｎ以
上の濃度の硫酸でさらに加熱洗浄した後、酸を除去する
ため、純水で洗浄、濾過する。そのスラリーをフィルタ
ープレス等で濾過し、乾燥するか、あるいはスプレード
ライヤ等で乾燥する。２Ｆｅ＋６ＨＣｌ → ２ＦｅＣｌ₃＋３Ｈ₂ ２Ｆｅ＋６ＨＮＯ₃ → ２Ｆｅ（ＮＯ₃）₃＋３Ｈ₂

【００１７】以上の方法でアルミナ粉末を製造すれば、
微細で高純度の易焼結性に優れたアルミナ粉末を得るこ
とができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。

【００１９】（実施例１〜２）（１）アルミナ粉末の粉砕純度が９９．９９％、平均粒径が０．５μｍのアルミナ
粉末（昭和電工社製、ＫＰ−２０）に、イオン交換水を
加えて固形分が２５％のスラリーとした。このスラリー
を表１に示す媒体を用い、アトリッションミルで２０分
間粉砕した。

【００２０】（２）アルミナ粉末の洗浄得られたスラリー中には、化学分析したところ、５ｗｔ
％のＦｅを含んでいたので、２Ｎの塩酸または硝酸で３
回洗浄と吸引濾過を行った。そのスラリーにさらに１０
Ｎの硫酸をアルミナ粉末１００重量部に対し２重量部加
え、６０℃で加熱洗浄し、濾過した。そのアルミナ粉末
に対し３重量部の純水を加え２回洗浄、濾過を繰り返し
た後、乾燥してアルミナ粉末を得た。

【００２１】（３）評価得られた粉末の平均粒径を沈降法で測定し、比表面積を
窒素吸着法で測定した。また、得られた粉末中の不純物
を化学分析で分析した。さらに、得られた粉末を用いて
以下のように作製した常圧焼結体とＨＩＰ処理した焼結
体の密度をアルキメデス法で求めると共に、ＨＩＰ処理
した焼結体を研削し、鏡面加工した表面を顕微鏡観察し
て５μｍ以上のポアの数を調べた。それらの結果を表１
に示す。なお、焼結体の作製は、アルミナ粉末を金型成
形した後、１４００Ｋｇ／ｃｍ²の圧力でφ５０×ｔ５
０ｍｍの成形体をＣＩＰ成形し、その成形体を大気中で
１３５０℃の温度で２ｈｒ常圧焼結した後、１４００℃
の温度で１８００Ｋｇ／ｃｍ²の圧力でＨＩＰ処理し
た。

【００２２】（比較例１〜５）比較のために、比較例１
では直径が５ｍｍのＦｅ媒体を用いて６０分間粉砕し、
比較例２ではＦｅ媒体ではなくＡl₂Ｏ₃媒体を用いて６
０分間粉砕し、比較例３ではＺｒＯ₂媒体を用いた他
は、実施例１と同様にアルミナ粉末を粉砕し、洗浄し、
評価した。また、比較例４では、５Ｎの硫酸を用いた他
は実施例１と同様にアルミナ粉末を粉砕し、洗浄し、評
価した。さらに、比較例５では、参考のためアルミニウ
ム・カーボネイト・ハイドロオキサイド・アンモニウム
の熱分解で得られたアルミナ粉末を用いて実施例１と同
様に作製した焼結体を評価した。それらの結果を表１に
示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、実施例１、２に
おいては、アルミナ粉末の細かさが本発明の範囲内の細
かさとなっている。また、その粉末中の不純物は、１０
０ｐｐｍより大幅に低くなっている。そしてこの粉末を
用いＨＩＰ処理して作製した焼結体のポア数は、４個以
下であった。このことは、得られたアルミナ粉末が、ア
ルミニウム・カーボネイト・ハイドロオキサイド・アン
モニウムの熱分解で得られたアルミナ粉末と同等の微細
で高純度の粉末であることを示し、その微細で高純度な
粉末であれば、低温度で焼結でき、しかも焼結体中のポ
アを極めて少なくすることができることを示している。

【００２５】これに対して比較例１では、媒体の大きさ
が大きすぎるため、アルミナ粉末の細かさが本発明の細
かさにならず、実施例１の温度では緻密化しなかった。
また、比較例２では、媒体がアルミナであるため、不純
物は少ないものの、これも比較例１と同じく粉末の細か
さが粗く、緻密化しなかった。さらに、比較例３では、
媒体がジルコニアであるため、細かさは満足するもの
の、不純物（ＺｒＯ₂）が３％も残り、焼結体中のポア
を十分に低減できず、ポア数が実施例に比べはるかに多
かった。さらにまた、比較例４では、硫酸の濃度が低す
ぎるため、不純物が除去しきれずかなり残り、これも同
様ポア数が多かった。

【００２６】

【発明の効果】本発明の方法でアルミナ粉末を製造する
ことにより、市販の高純度アルミナを粉砕することで、
微細で、高純度のアルミナ粉末が得られることができる
ようになった。これにより、従来の製造方法で得られる
易焼結性で高純度のアルミナ粉末と同等のアルミナ粉末
を安価で多量に得ることのできる製造方法を提供できる
ようになった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純度が９９．９９％以上のアルミナ粉末
を直径が２ｍｍ以下の鉄媒体で平均粒径が０．２ミクロ
ン以下で、比表面積が１５×１０³ｍ²／ｋｇ以上に粉砕
した後、そのアルミナ粉末を塩酸または硝酸で洗浄し、
さらに濃度が１０Ｎ以上の硫酸で洗浄することを特徴と
する易焼結性高純度アルミナ粉末の製造方法。