JPS61201619A

JPS61201619A - 易焼結性アルミナ粉体およびその製造法

Info

Publication number: JPS61201619A
Application number: JP60042093A
Authority: JP
Inventors: Takeo Iga; 伊賀　武雄; Shogo Hatano; 幡野　昭五; Tokio Kamiyanagi; 登紀夫上柳
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Taimei Chemicals Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Taimei Chemicals Co Ltd
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1986-09-06
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0617224B2

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】１団立１１技術分野本発明は、常圧または減圧焼結法によって比較的低温で
緻密質の焼結体を与える易焼結性α−アルミナ粉体およ
びその製法に関する。

九江及Ｉ現在焼結用アルミナ粉体を与える方法としては、バイヤ
ー法を始めとしてアルミニウムアルコキシドの加水分解
やアルミン酸ソーダをハロヒドリンで分解して得たアル
ミナ水和物を焙焼づる方法、アンモニウムミョウバンを
熱分解する方法などが知られている。これらのアルミナ
粉体は通常粉砕工程を経て焼結体製造用として使用され
ているが、純度９９％以上の高純度アルミナ焼結体を製
造するためには１６００℃前後の高温で焼結させるのが
通常である。これは高純度焼結体の場合は、焼結温度を
低下させるための焼結助剤（例えばＳ　ｉ　Ｏ２）の添
加が制限されるためである。このような高温で焼結体を
得ることは、多足の焼成エネルギーを必要とするばかり
でなく、焼成炉には高価な耐火材を必要として熱源の選
定も制限されるなど、製造コストが非常に高くなる。そ
のため、より低温で焼結しうるアルミナ粉体の出現が望
まれている。

粉体の焼結性を向上させるためには、粒子の微細化およ
び単粒子化をしなければならず、このため原料粉体を粉
砕処理することが一般に行われている。しかし、上記の
ような方法で得られるアルミナ粉体は通常−次粒子径が
０．３ミクロン程度かそれ以上であるため、高度な粉砕
処理をしても焼結性を大巾に向上させることは困難であ
る。また、これらのアルミナ粉体は比較的強固な二次凝
集体を形成しているために高い粉砕エネルギーが必要で
あり、従って粉砕の際に不純物が混入しやすく粉体の純
度を低下させるという欠点もある。

発明の概要１旦本発明者らは先にアルミニウムアンモニウムカーボネー
トハイドロオキサイド（Ｎｌ−１４Ａ　Ｉ　ＣＯ３（ＯＨ）２、以下ＡＡＣＨ
と略記する）を熱分解して得たアルミナ粉体を使用して
、粉砕処理をしなくても１６００℃程度で緻密なアルミ
ナ焼結体を製造する方法を発明したく第１０６５９０号
特許／特公昭５６−９４４７号公報）。この化合物（ＮＨＡ　Ｉ　Ｇｏ　　（ＯＨ）　２）からは０．２ミ
クロン以下の一次粒子からなる微粉のα−アルミナ粉体
が容易に得られ、またこれは強い二次凝集を形成してい
ない。本発明者らはこの点に注目して、該アルミナ粉体
を単に解砕処理に付すだけで純度を低下させることなく
単粒子化することにより焼結性が大巾に向上することを
見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による易焼結性アルミナ粉体は、下記
の（ａ）〜（ｄ）で定義されたものであること、を特徴
とするものである。

（ａ）　　１３５０℃以下の温度で常圧または減圧下に
焼結したときに、理論密度の９８％以上の緻密質焼結体
を与えるものであること。

（ｂ）　　直径０．２ミクロン以下の−・次粒子が８０
％以上（個数基準）含まれていること。

（ｃ）　　平均二次粒子径が０．２５ミクロン以下であ
り、かつ粒径０．２ミクロン以下の粒子が４０重偵％以
上含まれていること。

（ｄ）　　アルミナが実質的にα−アルミナであること
。

また、本発明による下記の（ａ）〜（ｄ）で定義された
易焼結性アルミナ粉体の製造法は、下記の工程（イ）お
よび（０）からなること、を特徴とするものである。

（イ）　アルミニウムアンモニウムカーボネートハイド
ロオキサイドを熱分解して、直径０．２ミクロン以下の
一次粒子が８０％以上（個数基準）含まれかつこの一次
粒子が少なくとも一部が二次粒子を形成しているところ
の、実質的にα−アルミナからなるアルミナ粉体を形成
させること。

（ロ）　上記アルミナ粉体を解砕処理に付して、二次粒
子の実質的に全ａを一次粒子に解砕すること。

（ｂ）　　直径０．２ミクロン以下の一次粒子が８０％
以上（個数基準）含まれていること。

（ｃ）　　平均二次粒子径が０．２５ミクロン以下であ
り、かつ粒径０．２ミクロン以下の粒子が４０重量％以
上含まれていること。

（ｄ）　アルミナが実質的にα−アルミナであること。

肱ヌ本発明によるアルミナ粉体は、従来のアルミナ粉体では
同時には充足しえなかった要件（ａ）〜（ｄ）を併有す
る点で従来の製品と区別しうるちのである。

そして、このようなアルミナ粉体は、たとえば特定のア
ルミナを解砕することによって得ることができる。

粉体の粉砕方法としては従来から２０φ履程度の粉砕媒
体を用いたボールミル粉砕が一般的であるが、−次粒子
が０．２ミクロン以下の微粉体を単粒子化１“るには長
時間が必要であって、これにより十分な粉砕を行うこと
は工業的にはほとんど不可能である。最近、５φ履以下
の粉砕媒体を用いてこれを粉体と共に湿式または乾式で
強制撹拌するか、または振動させて粉砕を行う方法が開
発されているが、これらの粉砕方法においても通常のア
ルミナ粉体を粉砕するためにはかなり高い粉砕エネルギ
ーを与える必要があり、例えば強制撹拌の場合に撹拌翼
は周速１０ｍ／ｓｅｃという様な高速で運転されている
。従って、粉砕の際の粉砕媒体の磨耗等による不純物の
混入は避けられない。

しかしながらＡＡＣＨを熱分解して得られたアルミナは
、上記の粉砕方法において例えば粉砕媒体を５φ履以下
として撹拌翼の周速を０．３ｍ／ｓｅｃ程度の低速回転
で粉砕しても工業的にも製造可能な比較的短い時間で十
分に単粒子化されることが判明した。これはＡＡＣＨか
ら得られるアルミナの二次凝集が弱いことに起因するも
のと思われ、さらにこれによってきわめて優れた焼結性
を示すようになるのは、とりもなおさずこのアルミナの
一次粒子径が微細であるためであろう。このアルミナが
弱い二次凝集しか示さないのは出発母塩であるＡＡＣＨ
の形骸が残りにくいことと関係があり、またこのアルミ
ナは１１５０℃程度の低い温度で速やかに均一にα化す
るため粒子の揃った微細なα−アルミナが生成するもの
と思われる。

この結果、得られたアルミナ粉体は不純物による汚染が
極めて少ないうえ、微細で単粒子化しているため、大気
中常圧焼結で従来より２００ないし３００℃も低い１３
５０℃以下の焼結温度で、理論密度の９８％以上の緻密
な高純度アルミナ焼結体を得ることができる。

高強度の焼結体を得るには焼結体の結晶粒子をできるだ
け小さく揃えることが必要であるが、従来のアルミナ粉
体は少なくとも１６００℃程度の焼結温度が必要なため
、結晶粒子は２〜３ミクロン以上に成長してしまう。そ
のため高強度の焼結体を得るにはホットプレス法などの
特殊な焼結技術を必要とするので、製造コストが轟くそ
の上成形体の形状も制限されてしまう欠点がある。

しかし、本発明で得られるアルミナ粉体は、低温焼結が
できるため、結晶成長を抑えることが可能であつ゛て、
高強度の焼結体が大気中常圧下の焼成で容易に得られる
ものである。

また、低温で焼結できるということは、焼成時のエネル
ギーコストを大巾に低減するばかりでなく、一般の陶磁
器用として使用されている汎用炉でも緻密なアルミナ焼
結体の製造が可能となり工業的に極めて有利である。

さらにまた００２ミクロン以下というような微粒の粉体
は成形性が劣るとされているが、本発明によるアルミナ
粉体は微粉であるにもかかわらず、２００（１ｇ／ｃＩ
ｉの静水圧プレスにより２．３９／ｄの高密度が得られ
優れた成形性を示した。

成形密度が高くなることは焼結体の寸法精度を上げるこ
とにつながり、高コストである焼結後の加工費を節約で
きる。

■ｌＪと１１１Ｊｌ団本発明による易焼結性アルミナ体は、前記の要件（ａ）
〜（ｄ）を併有するものである。

要件（ａ）は本発明アルミナ粉体を間接的に定義するも
のというべきであるが、このような要件を持つアルミナ
粉体は従来存在しなかったものと考えられる。すなわち
、理論密度の９８％以上の緻密質焼結体を与えるアルミ
ナ粉体は従来も存在したが、そのような緻密質焼結体を
低温で得るには加圧焼結法によって製造しなければなら
なかったからである。なお、本発明によるアルミナ粉体
は、加圧焼結法によっても緻密質焼結体を与えるものも
あることはいうまでもない。

要件（ｂ）および（ｃ）は、本発明アルミナ粉体が本質
的に微細粒子からなることを示すものである。ここで、
−次粒子の粒度分布の測定法は、下記の通りである。す
なわち、該粉体の電子顕微鏡写真上の粉体像から粒子の
二輪平均径を測定し、これを基に個数基準粒度分布を求
める。また、二次粒子の粒度分布測定法は、下記の通り
である。

ずなわち、該粒体をヘキサメタリン酸ソーダの０．１重
量％溶液中に超音波分散器にて３分間分散させて、試料
！Ｉ！濁液を調製する。光透過式粒度分布測定器（セイ
シン企業製［ミクロンフＡ−トサイザ−８ＫＮ　１００
０型］）により粒度分布を測定する。

要件（ｄ）は、本発明アルミナが実質的にα−アルミナ
であることを示すものである。ここで、「実質的にα−
アルミナである」ということは、α−アルミナの含聞が
９０重最％以上であることを意味する。

要件（ｂ）〜（ｄ）は、相関して本発明アルミナ粉体を
特徴づけるものである。すなわち、粒径の小さい一次粒
子からなるアルミナ粉体は適当なアルミナ前駆体たとえ
ばＡＡＣＨを低温で熱分解することによって得ることが
できるが、そのような低温で生成したアルミナはα−ア
ルミナではない（たとえば、α−アルミナ含聞が９０重
量％未満）。従って、要件（ｂ）〜（ｄ）を併有するア
ルミナ粉体は、しかも要件（ａ）をも有するものは、本
発明によってはじめて提供されたものである。

アル々　　　の上記のようなアルミナ粉体は、直径０．２ミクロン以下
の一次粒子が８０％（個数基準）以上含まれかつこの一
次粒子の少なくとも一部が二次粒子を形成しているとこ
ろの、実質的にα−アルミナからなるアルミナ粉体を解
砕処理に付して、二次粒子の実質的に全台を一次粒子に
解砕すること、によって製造することができる。

解砕処理に付すべき上記のようなアルミナの一興体例は
、ＡＡＣＨの熱分解によって得たものである。ＡＡＣＨ
の熱分解によるそのようなアルミナ粉体の製造の詳細は
、特公昭５６−９４４７号公報に記載されている。

上記のような一次粒子かなるアルミナ粉体を選定したこ
とによって、本発明アルミナ粉体は低い粉砕エネルギー
印加の下での解砕処理によって容易に得ることができる
。

好ましい解砕処理は、直径５ｍ以下のセラミック製ビー
ズを粉砕媒体として使用した、乾式または湿式の粉砕装
置によって実施することができる。

特に好ましい解砕処理は、直径５Ｍ以下のセラミック製
ビーズを粉砕媒体として、アルミナを水性スラリーとし
て回転円筒内で適当な撹拌翼を用いて撹拌することから
なるものである。その場合の「低い粉砕エネルギー印加
の下で」ということは、たとえば、直径１０Ｃｍの回転
円筒内で解砕を行なう場合には撹拌翼の周速が０．３ｍ
／秒程度であるということである。この条件では、５〜
４８時間の粉砕で目的の解砕が行なわれることがふつう
である。

焼結　アルミナ粉体の用゛本発明アルミナ粉体は、アルミナ粉体として各種の用途
に供することができる。

本発明アルミナ粉体は易焼結性であるところより、焼結
体の製造に利用することが好ましい。

アルミナ粉体の焼結は常法に従って行なうことができる
。具体的には、たとえば、必要に応じてバインダー（た
とえばポリビニルアルコール）および（あるいは）共焼
結成分（たとえば酸化マグネシウム）を配合した粉体状
態のあるいは水性スラリ状態の本発明アルミナ粉体を加
圧成形して所望形状のプレフォームとし、これを適当温
度たとえば１３００〜１３５０℃で１〜２時間加熱して
焼結させればよい。焼結雰囲気は非還元性であることが
望ましい。本発明アルミナによれば、プレフォームの焼
結を常圧または減圧状態で行なうことができ、そのよう
な低温かつ非加圧焼結の場合にも理論密度の９８％以上
の緻密質焼結体が得られる。焼結体の密度が理論密度の
９８％以上であるところから、この焼結体はそれが実質
的にアルミナ１００％からなるものである場合は透光性
の製品である。

実施例１ＮＨ４Ａ　Ｉ　ＣＯ３（ＯＨ）２を１２００℃の温度で
２時間焼成して、平均−次粒子径が０．１５ミクロンで
ありかつ一次粒子の８１％（個数基準）が０．２ミクロ
ン以下であるα−アルミナを得た。

このアルミナ粉体に３倍量の純水を加えてスラリーとし
、２φＭのアルミナビーズが約８０％充填されたアルミ
ナ製円筒容器（直径１０ｃＩＲ）に入れて撹拌翼周速５
０ｃ！ｌ／秒の条件で２４時間粉砕した。これによって
得られた粉体は、平均二次粒子径が０．２３ミクロンで
０．２ミクロン以下の粒子が４１重囲％であった。この
アルミナ粉体を２０００Ｋｇ／ｄの静水圧プレスで成形
して、成形密度２．３’Ｊ／ｃｄの試験片を得た。大気
中常圧で１３００℃〜１６００℃の各温度で１時間焼成
した焼結密度の結果は、表−１に示す通りであった。

また、同一条件で焼結させた１０６５９０号特許の製法
によるアルミナおよび市販アルミナの結果を比較に載せ
た。

本発明アルミナ粉体の粉砕前と粉砕後の化学分析を行っ
て、その結果を表−２に示した。

上記で得られた焼結体中で焼結密度が３．９ｇ／ｄ前後
となった試料片を研磨し、ケミカルエツチングした後、
走査型電子顕微鏡により微構造の観察を行った。この結
果、焼結体の平均結晶粒径は表−３に示す通りであった
。

実施例２実施例１の条件で得られた本発明粉体および市販アルミ
ナを２０００Ｋｇ／ＣＩｉの静水圧プレスで成形後、大
気圧中で１３００℃にて２時間焼成した。

１ｑられた結果は、表−４に示す通りであった。

Claims

【特許請求の範囲】１、下記の（ａ）〜（ｄ）で定義されたものであること
を特徴とする、易焼結性アルミナ粉体。（ａ）１３５０℃以下の温度で常圧または減圧下に焼結
したときに、理論密度の９８％以上の緻密質焼結体を与
えるものであること。（ｂ）直径０．２ミクロン以下の一次粒子が８０％以上
（個数基準）含まれていること。（ｃ）平均二次粒子径が０．２５ミクロン以下であり、
かつ粒径０．２ミクロン以下の粒子が４０重量％以上含
まれていること。（ｄ）アルミナが実質的にα−アルミナであること。２、下記の工程（イ）および（ロ）からなることを特徴
とする、下記の（ａ）〜（ｄ）で定義された易焼結性ア
ルミナ粉体の製造法。（イ）アルミニウムアンモニウムカーボネートハイドロ
オキサイドを熱分解して、直径０．２ミクロン以下の一
次粒子が８０％以上（個数基準）含まれかつこの一次粒
子が少なくとも一部が二次粒子を形成しているところの
、実質的にα−アルミナからなるアルミナ粉体を形成さ
せること。（ロ）上記アルミナ粉体を解砕処理に付して、二次粒子
の実質的に全量を一次粒子に解砕すること。（ａ）１３５０℃以下の温度で常圧または減圧下に焼結
したときに、理論密度の９８％以上の緻密質焼結体を与
えるものであること。（ｂ）直径０．２ミクロン以下の一次粒子が８０％以上
（個数基準）含まれていること。（ｃ）平均二次粒子径が０．２５ミクロン以下であり、
かつ粒径０．２ミクロン以下の粒子が４０重量％以上含
まれていること。（ｄ）アルミナが実質的にα−アルミナであること。