CN102190324A - 用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于制备蓝宝石单晶、能够以高生产效率制备蓝宝石单晶的α氧化铝；和一种制备所述α氧化铝的方法。本发明公开用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，所述α氧化铝包含100重量份的α氧化铝(I)和25至235重量份的α氧化铝(II)，其中所述α氧化铝(I)具有0.1至5m2/g的比表面积和1.5g/cm3以上的堆积密度，所述α氧化铝(II)由烧结粒子组成，并且还具有1m2/g以下的比表面积和85％以上的相对密度，并且烧结粒子中的每一个具有0.01cm3以上的体积；和用于制备所述α氧化铝的方法。

Description

用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝(alpha氧化铝)及其制备方法。
背景技术
α氧化铝作为用于制备蓝宝石单晶的原料有用。蓝宝石单晶可以例如通过下列方法制备：将α氧化铝填充到由金属钼制成的坩埚中，加热以熔融α氧化铝，并且从熔融的氧化铝提拉(参见，例如，JP H05-97569A)。为了通过将α氧化铝以高体积效率填充到坩埚中而有效率地制备蓝宝石单晶，需要能够以较高体积效率填充到坩埚中的α氧化铝。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备蓝宝石单晶、能够以高生产效率制备蓝宝石单晶的α氧化铝；和一种制备所述α氧化铝的方法。
本发明的发明人已经进行了深入细致的研究，从而实现以上目的并且发现了包括下列构成的解决手段，因而本发明得以完成。
(1)一种用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，所述α氧化铝包含100重量份的α氧化铝(I)和25至235重量份的α氧化铝(II)，其中所述α氧化铝(I)具有0.1至5m2/g的比表面积和1.5g/cm3以上的堆积密度；并且其中所述α氧化铝(II)由烧结粒子组成，并且还具有1m2/g以下的比表面积和85％以上的相对密度，并且所述烧结粒子中的每一个具有0.01cm3以上的体积。
(2)根据(1)的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，其中在根据JIS K 0069(1992)的干式筛分试验确定的干式筛分粒径的以重量为基准的粒度分布中，所述α氧化铝(I)在100μm以上并且小于850μm的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值。
(3)根据(1)或(2)的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，其中所述α氧化铝(I)在粒度分布中含有10重量％以下的粒径为850μm以上并且小于1mm的粒子，
其中所述α氧化铝(I)在100μm以上并且小于850μm的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值(A)，并且所述α氧化铝(I)在1mm以上的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值(B)，并且
其中当D1表示显示所述频率最大值(A)中的最小的最大粒径的频率最大值的最大粒径；M1表示显示所述频率最大值(A)中的最小的最大粒径的频率最大值的最大值；D2表示显示所述频率最大值(B)中的最大的最大粒径的频率最大值的最大粒径；和M2表示显示所述频率最大值(B)中最大的最大粒径的频率最大值的最大值时，D1和D2满足下列不等式：2×D1≤D2≤20×D1，并且M1与M2的比率(M1/M2)为0.05以上。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，其中所述α氧化铝具有99.99重量％以上的纯度，并且Si，Na，Ca，Fe，Cu和Mg中的每一种的含量为10ppm以下(按重量计)。
(5)一种用于制备α氧化铝的方法，所述α氧化铝用于制备蓝宝石单晶，所述方法包括将100重量份的α氧化铝(I)与25至235重量份的α氧化铝(II)混合的步骤，其中所述α氧化铝(I)具有0.1至5m2/g的比表面积和1.5g/cm3以上的堆积密度，并且所述α氧化铝(II)由烧结粒子组成，所述α氧化铝(II)具有1m2/g以下的比表面积和85％以上的相对密度，并且所述烧结粒子中的每一个具有0.01cm3以上的体积。
本发明中的“干式筛分粒径”是当使用在JIS Z 8801(1987)中定义的标准筛对α氧化铝进行筛分时，α氧化铝(I)不能通过的标准筛的筛目尺寸的最大值。
由于本发明使得能够以高的体积效率填充坩埚，因此发挥了能够以高的生产效率制备蓝宝石单晶的效果。
具体实施方式
[用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝]
本发明的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝(以下称为“用于制备单晶的α氧化铝”)含有100重量份的α氧化铝(I)，以及25至235重量份、优选50至150重量份并且更优选100重量份的α氧化铝(II)。当以此比率包含α氧化铝(I)和α氧化铝(II)时，可以增大用于制备单晶的α氧化铝的堆积密度。
本申请的发明人已经发现，通过以以上比率混合各自具有不同特性的两种α氧化铝(α氧化铝(I)和α氧化铝(II))，用于制备单晶的α氧化铝的堆积密度极大地增加。即，α氧化铝(II)可以使比较大的体积和高的相对密度一致，并且其具有烧结粒子中的每一个具有高的堆积密度的特征，原因在于它由具有均匀形状的烧结粒子组成。如以下详细描述的，这样的特性可以通过限定比表面积的范围，相对密度的范围和体积的范围而获得。
另一方面，α氧化铝(I)可以使比较高的堆积密度和高流动性一致，并且还可以充分降低闭口孔隙率(closed porosity)。如在以下详细描述的，这样的特性可以通过限定比表面积的范围和堆积密度的范围而获得。
因而，本发明的用于制备单晶的α氧化铝成为可能，其中具有足够的堆积密度和流动性的α氧化铝(I)存在于具有处于以上重量比的这种形式的α氧化铝(II)的烧结粒子之间，从而具有极高的堆积密度。
以下将详细描述α氧化铝(I)和α氧化铝(II)。
<α氧化铝(I)>
α氧化铝(I)通常处于粉末形式。α氧化铝(I)优选具有99.99重量％以上的纯度。α氧化铝(I)中的Si，Na，Ca，Fe，Cu和Mg中的每一种的含量按重量计优选为10ppm以下。
α氧化铝(I)具有0.1至5m2/g，并且优选0.2至1m2/g的比表面积。α氧化铝(I)具有1.5g/cm3以上，优选2.0g/cm3以上，并且更优选2.0至2.6g/cm3的堆积密度。当α氧化铝(I)具有过大的比表面积和过小的堆积密度时，α氧化铝(I)的流动性可能劣化并且操作性质也可能劣化。而且，α氧化铝(I)具有过小的比表面积，则闭口孔隙率可能增大并且结合到闭孔中的水分可能引起坩埚的氧化。
为了以高的堆积密度将用于制备单晶的α氧化铝填充到坩埚中，α氧化铝(I)优选具有55至90％的相对密度，0至10％的闭口孔隙率，和0至1重量％的吸附水分量。当相对密度处于以上范围内时，容易得到具有在本发明中限定的比表面积和堆积密度的α氧化铝(I)。当闭口孔隙率增加超出以上范围时，结合到闭孔中的水分可能引起坩埚的氧化。而且，当吸附水分量增加超出以上范围时，吸附的水分可能引起坩埚的氧化。
在α氧化铝(I)中具有大于2.8mm的粒径(直径)的粒子的含量优选为15重量％以下，并且更优选为10重量％以下。特别地，优选α氧化铝(I)基本上不含有粒径(直径)大于2.8mm的粒子(例如，含量为约0.1重量％以下)。当粒径(直径)大于2.8mm的粒子的含量超出以上范围时，变得难以得到具有本发明中限定的堆积密度的α氧化铝(I)。
在粒度分布中，α氧化铝(I)优选在100μm以上并且小于850μm的粒径范围中表现出一个以上的频率最大值，并且更优选在100μm以上并且小于500μm的粒径范围中表现出一个以上的频率最大值。α氧化铝(I)可以含有具有单种粒径的粒子。当一个以上的频率最大值存在于以上范围内时，容易得到具有本发明中限定的堆积密度的α氧化铝(I)。
优选的是，α氧化铝(I)在粒度分布中具有850μm以上并且小于1mm的粒径的粒子的含量为10重量％以下，并且当α氧化铝(I)在100μm以上并且小于850μm，优选在100μm以上并且小于500μm的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值(A)；D1表示显示所述频率最大值(A)中的最小的最大粒径的频率最大值的最大粒径；M1表示显示所述频率最大值(A)中的最小的最大粒径的频率最大值的最大值时，并且当α氧化铝(I)优选在1mm以上，优选在1mm以上并且小于2mm的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值(B)；D2表示显示所述频率最大值(B)中的最大的最大粒径的频率最大值的最大粒径；M2表示显示所述频率最大值(B)中最大的最大粒径的频率最大值的最大值时，D1和D2满足下列不等式：2×D1≤D2≤20×D1，并且M1与M2的比率(M1/M2)为0.05以上。因而，可以以较高的堆积密度将用于制备单晶的α氧化铝填充到坩埚中。
特别优选D1和D2满足下列不等式：5×D1≤D2≤15×D1。M1与M2的比率(M1/M2)优选为0.1以上，更优选为1以上，并且再更优选为1至5。
在本说明书中，粒径是干式筛分粒径，所述干式筛分粒径被测量为当使用JIS Z 8801(1987)中定义的各自具有筛目尺寸75μm，100μm，212μm，300μm，425μm，500μm，600μm，710μm，850μm，1mm，2mm或2.8mm的标准筛对α氧化铝进行筛分时，α氧化铝(I)不能通过的筛目尺寸的最大值。粒度分布是使用标准筛根据在JIS K 0069(1992)中限定的干式筛分试验所测量的干式筛分粒径的以重量为基准的粒度分布。
α氧化铝(I)可以例如通过包括下列步骤(I-1)至(I-3)的方法制备：
(I-1)将α氧化铝前体与α氧化铝种子粒子混合以得到混合物的步骤，
(I-2)将混合物煅烧以得到粗制粉末的步骤，和
(I-3)将粗制粉末分级的步骤。
(α氧化铝前体)
α氧化铝前体是能够通过煅烧转化为α氧化铝的化合物，并且其实例包括铝醇盐，例如氢氧化铝，异丙醇铝，乙醇铝，仲丁醇铝和叔丁醇铝；和过渡型氧化铝，例如γ氧化铝，δ氧化铝和θ氧化铝。这些α氧化铝前体可以单独使用，或可以将它们的一种或两种以上组合使用。在这些α氧化铝前体中，优选氢氧化铝，并且更优选纯度为99.99重量％以上的高纯度氢氧化铝。
氢氧化铝例如通过将可水解铝化合物水解得到。可水解铝化合物的实例包括铝醇盐和氯化铝等，并且考虑到纯度，优选铝醇盐。氢氧化铝具有非晶、三水铝石或勃姆石的晶体结构，并且优选郣姆石。
(α氧化铝种子粒子)
α氧化铝种子粒子例如通过将纯度为99.99重量％以上的高纯度α氧化铝粒子研磨得到。α氧化铝种子粒子优选具有0.1至1μm，并且更优选0.1至0.4μm的中心粒径。在工业上难以制备具有过小的中心粒径的α氧化铝种子粒子。不优选的是α氧化铝种子粒子具有过大的中心粒径，因为α氧化铝(I)的比表面积和堆积密度可能偏离期望值。
研磨高纯度α氧化铝粒子的方法的实例包括在干燥状态下研磨的方法(干磨法)，加入溶剂并且在浆液状态下研磨的方法(湿磨法)等，并且优选湿磨法。
在湿磨法中，例如使用研磨机如球磨，介质搅拌磨(medium stirring mill)。溶剂通常为水。在湿磨法中，为了改进分散性，可以加入分散剂。分散剂优选是能够作为由煅烧而分解的结果而蒸发的材料，例如聚合物分散剂如聚丙烯酸铵盐，从而减少α氧化铝(I)的杂质。
为了减少α氧化铝种子粒子的污染，优选将研磨机的部件与氧化铝接触的表面用高纯度α氧化铝制成，或用树脂加衬。当使用介质搅拌磨时，介质也优选是高纯度α氧化铝。
当煅烧以后的α氧化铝粒子的量为100重量份时，α氧化铝种子粒子的量通常为0.1至10重量份，并且优选为0.3至7重量份。不优选的是α氧化铝种子粒子的量过少，因为α氧化铝(I)的比表面积和堆积密度可能偏离期望值。也不优选的是α氧化铝种子粒子的量过多，因为所得到的α氧化铝(I)的物理性质保持不变并且使用量不必要地增加。
通常将α氧化铝种子粒子在湿磨以后以浆液状态与氢氧化铝混合。基于100重量份的氢氧化铝，在浆液中的水分的量方面，浆液的量通常为100至220重量份，并且优选为120至200重量份。不优选的是水分的量过大，因为混合物被转化为浆液并且干燥需要大量的能量。当水分的量过少时，混合物具有差的流动性并且α氧化铝种子粒子与氢氧化铝的混合可能变得不充分。
(混合)
混合可以例如使用球磨，混合机等进行，或通过超声辐射等进行。这些方法能够使得α氧化铝前体与α氧化铝种子粒子以令人满意的分散性混合。为了将α氧化铝前体与α氧化铝种子粒子更均匀地混合，优选能够在施加剪切力的同时混合的叶片型混合机。
通常将α氧化铝前体与α氧化铝种子粒子的混合物干燥以移去水分。干燥温度通常为80至180℃。为了改进干燥产物的轻型堆积密度(light-duty bulk density)，优选使用流化床干燥机进行干燥。
(煅烧)
煅烧可以例如使用常规煅烧炉进行，例如可以使用管式电炉，箱型电炉，隧道式炉，远红外炉，微波加热炉，竖式炉，反射炉，旋转炉，辊底式炉(roller hearth furnace)。煅烧可以以间歇或连续方式进行。煅烧炉可以是固定炉或流化炉(fluidized furnace)。
煅烧温度通常为1,200至1,450℃，并且优选为1,250至1,400℃，因为可以容易地得到具有期望的纯度、比表面积、相对密度、闭口孔隙率和堆积密度的α氧化铝(I)。当煅烧温度过高时，煅烧可能过度进行，从而导致减小的比表面积和增大的闭口孔隙率，很可能出现由来自煅烧炉的杂质所致的污染。当煅烧温度过低时，氢氧化铝可能不被充分地转化成α氧化铝或比表面积可能增大。
将温度升至煅烧温度的速率为例如30至500℃/小时。煅烧时间是足以将氢氧化铝充分转化为α氧化铝的时间，并且取决于氢氧化铝的量与α氧化铝种子粒子的量的比率、煅烧炉的类型，煅烧温度，煅烧气氛等而改变。例如，煅烧时间为30分钟至24小时，并且优选为1小时至10小时。
煅烧气氛优选为大气空气，或惰性气体如氮气或氩气的气氛。煅烧气氛还可以是湿气氛。
(分级)
分级可以例如通过筛分等进行。
<α氧化铝(II)>
α氧化铝(II)由烧结粒子组成。本发明的α氧化铝(II)可以例如通过下列方法得到：形成氢氧化铝和α氧化铝种子粒子的混合物以得到生坯成形体(green formed body)，并且将得到的生坯成形体烧结。α氧化铝(II)的比表面积为1m2/g以下，并且优选为0.1m2/g以下。α氧化铝(II)的相对密度为85％以上。烧结粒子中的每一个的体积为0.01cm3以上，优选0.10cm3以上，并且更优选0.10至10cm3。当α氧化铝(II)的比表面积过大或α氧化铝(II)的相对密度过小时，用于制备单晶的α氧化铝的堆积密度可能下降。
为了将用于制备单晶的α氧化铝以高堆积密度填充到坩埚中，α氧化铝(II)中的烧结粒子的聚集体的堆积密度优选为1至3g/cm3，并且闭口孔隙率优选为0至10％。α氧化铝(II)优选具有99.99重量％以上的纯度。α氧化铝(II)中的Si，Na，Ca，Fe，Cu和Mg中的每一种的含量优选为10ppm以下。
α氧化铝(II)可以例如通过包括下列步骤(II-1)至(II-3)的方法制备：
(II-1)将氢氧化铝与α氧化铝种子粒子混合以得到混合物的步骤，
(II-2)将混合物成型以得到生坯成型体的步骤，和
(II-3)将生坯成型体烧结的步骤。
(氢氧化铝)
氢氧化铝例如通过将可水解铝化合物水解得到。可水解铝化合物的实例包括铝醇盐，氯化铝等，并且考虑到纯度，优选铝醇盐。氢氧化铝优选为具有99.99重量％以上的纯度的高纯度氢氧化铝。氢氧化铝具有非晶、三水铝石或勃姆石的晶体结构，并且优选郣姆石。
(α氧化铝种子粒子)
α氧化铝种子粒子的实例包括与在α氧化铝(I)的α氧化铝种子粒子中示例的那些相同的α氧化铝种子粒子。
(混合)
通常将α氧化铝种子粒子在湿磨以后以浆液状态与氢氧化铝混合。基于100重量份的氢氧化铝，在浆液中的水分的量方面，浆液的量通常为100至220重量份，并且优选为120至200重量份。不优选的是水分的量过大，因为混合物被转化为浆液并且干燥需要大量的能量。当水分的量过少时，混合物具有差的流动性并且α氧化铝种子粒子与氢氧化铝的混合可能变得不充分。混合可以例如使用球磨，混合机等进行，或通过超声辐射等进行。这些方法能够使得α氧化铝前体与α氧化铝种子粒子以令人满意的分散性混合。为了将α氧化铝前体与α氧化铝种子粒子更均匀地混合，优选能够在施加剪切力的同时混合的叶片型混合机。
(成型)
将以上混合的原料成型。可以将混合原料调节至适于成型的水分的量。例如，基于100重量份的氢氧化铝，水分的量为100至220重量份，并且优选为140至200重量份。成型可以例如通过压制成型，压缩成型，挤出成型，Marmelizer，转鼓等进行。生坯成型体通常为柱状，捆样(bale-like)状或球状。可以将生坯成形体干燥以移去水分，或可以不将其干燥。干燥可以例如通过烘箱，高频干燥机等进行。干燥温度通常为60至180℃。
(烧结)
烧结可以例如使用常规烧结炉进行，例如可以使用管式电炉，箱型电炉，隧道式炉，远红外炉，微波加热炉，竖式炉，反射炉，旋转炉，辊底式炉。烧结可以以间歇或连续方式进行。烧结炉可以是固定炉或流化炉。
烧结温度通常为1,200至1,450℃，并且优选为1,250至1,400℃，因为可以容易地得到具有期望的纯度，比表面积，相对密度和闭口孔隙率的α氧化铝(II)。当煅烧温度过高时，烧结可能过度进行，从而导致减小的比表面积和增大的闭口孔隙率，很可能出现由来自烧结炉的杂质所致的污染。当烧结温度过低时，氢氧化铝可能不被充分地转化成α氧化铝或比表面积可能增大。
将温度升至烧结温度的速率例如为30至500℃/小时。烧结时间是足以将氢氧化铝充分转化为α氧化铝的时间，并且取决于氢氧化铝的量与α氧化铝种子粒子的量的比率，烧结炉的类型，烧结温度，烧结气氛等而改变。例如，烧结时间为30分钟至24小时，并且优选为1小时至10小时。
烧结气氛优选为大气空气，或惰性气体如氮气或氩气的气氛。烧结气氛还可以是湿气氛。
用于制备单晶的α氧化铝通常具有0.1至5m2/g，并且优选具有0.2至1.0m2/g的比表面积。因而，大气空气中较少的水分附着于表面上，并且在加热熔融的情况下，水分可能不引起坩埚的氧化，并且还可以在蓝宝石单晶中形成较少的空隙。
优选用于制备单晶的α氧化铝具有99.99重量％以上的纯度，并且Si，Na，Ca，Fe，Cu和Mg中的每一种的含量为10ppm以下。通过使用这种用于制备单晶的α氧化铝作为用于制备单晶的氧化铝原料，可以得到具有较少着色或破裂的高质量蓝宝石单晶。
用于制备单晶的α氧化铝通常具有2.6g/cm3以上，并且优选2.6至3.5g/cm3的堆积密度。可以通过下列方法得到蓝宝石单晶：将这种用于制备单晶的α氧化铝加热熔融，然后将熔融的α氧化铝冷却以容易地将α氧化铝转化为单晶。
用于制备单晶的α氧化铝可以用作蓝宝石单晶生长方法的原料，所述蓝宝石单晶生长方法例如为EFG方法，Czochralski方法，Kyropoulos方法，并且优选用于需要将原料以高的体积效率填充到坩埚中的Czochralski方法或Kyropoulos方法。
[用于制备单晶的α氧化铝的制备方法]
用于制备单晶的α氧化铝的制备方法包括下列步骤：将100重量份的α氧化铝(I)与25至235重量份，优选50至150重量份，并且更优选100重量份的α氧化铝(II)混合。
(混合)
为了抑制α氧化铝的污染，混合优选使用其中与α氧化铝(I)或氧化铝(II)接触的部件由高纯度α氧化铝制成或用树脂加衬的设备。
本发明将更详细地经由实施例描述，但是本发明不受这些实施例限制。用于评价各个物理性质的方法如下。
(相对密度)
在通过Archimedian方法测量烧结密度以后，通过使用下列公式计算相对密度：相对密度(％)＝烧结密度[g/cm3]/3.98[g/cm3；α氧化铝理论烧结密度]×100.
(体积)
体积通过将由Archimedian方法测量的烧结体的密度和1块用于制备单晶的α氧化铝的重量引入到下列等式中而计算：体积(cm3/块)＝重量[g/块]/烧结密度[g/cm3]。
(闭口孔隙率)
闭口孔隙率通过下列等式计算：闭口孔隙率(％)＝[(开孔的体积)/{(1/3.98)+孔的体积+闭孔的体积}]×100。闭孔的体积通过下列等式计算：闭孔的体积(cm3/g)＝(1/粒子密度)-(1/3.98)。粒子密度基于在JIS R7222(1997)中定义的测量真实比重的方法计算。孔体积通过下列程序确定。即，在将样品于120℃干燥4小时以后，通过使用由MicromeriticsInstrument Corporation制造的AutoPore III 9420由汞渗透方法将孔体积确定为在1μm以下的孔直径范围内的孔体积。
(杂质的浓度和纯度)
通过固态发射光谱测量Si，Na，Mg，Cu，Fe和Ca中的每一种的含量。纯度通过下列方法确定：从以上内容计算在用于制备单晶的α氧化铝中含有的SiO2，Na2O，MgO，CuO，Fe2O3和CaO的重量总和(％)，并且从100减去得到的总和。即，由下列等式计算纯度：纯度(％)＝100-杂质重量的总和(％)。
(堆积密度)
堆积密度通过下列方法确定：将样品填充到经测量内径为80mm并且高度为150mm的容器中，然后通过用样品的重量除以测量容器的体积进行计算。
(比表面积)
比表面积通过使用由Shimadzu Corporation制造的BET比表面积分析仪“2300-PC-1A”由氮吸附法测量。在将样品研磨成足以容纳在容器中的尺寸以后，测量不能容纳在测量容器中的样品。
(粒度分布)
基于在JIS K 0069(1992)中定义的干式筛分试验方法，使用在JIS Z8801(1987)中定义的标准筛中的各自具有筛目尺寸75μm，100μm，212μm，300μm，425μm，500μm，600μm，710μm，850μm，1mm，2mm或2.8mm的筛计算粒度分布。
(水分量)
吸附水分量基于JIS H 1901(1997)通过将样品在110℃干燥，然后测量重量损失而确定。
实施例
<α氧化铝(I)的制备>
作为α氧化铝种子粒子，使用纯度为99.99重量％的高纯度α氧化铝(商品名为“AKP-53”，由Sumitomo Chemical Company，Limited.生产)。将水加入到高纯度α氧化铝中以得到混合物，并且使用湿球磨研磨混合物以制备含有25重量％的氧化铝种子粒子的浆液。该α氧化铝种子粒子具有0.25μm的中心粒径。
作为α氧化铝前体，使用通过将铝醇盐水解的方法得到的纯度为99.99重量％的高纯度氢氧化铝。所述高纯度氢氧化铝具有勃姆石的晶体结构。
将浆液和高纯度氢氧化铝通过叶片型混合机混合，所述叶片型混合机包括安置在表面内的具有高度旋转多级十字型(highly-rotating multi-stagecross-type)分解结构的搅拌叶片。假定通过煅烧得到的α氧化铝粗制粉末的量为100重量份，则α氧化铝种子粒子在浆液中的量为1.7重量份。基于100重量份的高纯度氢氧化铝，水的量为149重量份。
在混合以后，通过使用流化床干燥机在200℃移去水分，然后将得到的混合物以100℃/小时的升温速率并且在1,335℃的煅烧温度煅烧4小时。煅烧在大气空气中进行。将得到的粗制粉末通过筛分分级以得到α氧化铝(I)。
得到的α氧化铝(I)处于粉末形式，并且具有6ppm的Si含量，5ppm以下的Na含量，1ppm以下的Mg含量，1ppm以下的Cu含量，6ppm的Fe含量，1ppm以下的Ca含量，和99.99重量％的氧化铝纯度。
而且，α氧化铝(I)处于α氧化铝粉末形式，其具有87％的相对密度，2.4％的闭口孔隙率，0.4m2/g的比表面积，2.5g/cm3的堆积密度和0.02重量％的吸附水分量，并且含有较少的吸附水分，并且还具有低的闭口孔隙率和高的堆积密度。
该α氧化铝(I)在基于重量的粒度分布中含有2.0重量％的粒径小于75μm的粒子和4.6重量％的粒径大于2.8mm的粒子，并且在100μm以上并且小于212μm的粒径范围内表现出1个频率最大值(A)；并且还含有3.4重量％的粒径为850μm以上并且小于1mm的粒子，并且在1mm以上并且小于2mm的粒径范围内表现出1个频率最大值(B)；并且D2为D1的10倍；并且比率M1/M2为1.19。
<α氧化铝(II)的制备>
作为α氧化铝种子粒子，使用纯度为99.99重量％的高纯度α氧化铝(商品名为“AKP-53”，由Sumitomo Chemical Company，Limited生产)。将水加入到高纯度α氧化铝中以得到混合物，并且使用湿球磨研磨混合物以制备含有25重量％的氧化铝种子粒子的浆液。该α氧化铝种子粒子具有0.25μm的中心粒径。
作为氢氧化铝，使用通过将铝醇盐水解的方法得到的纯度为99.99重量％的高纯度氢氧化铝。所述高纯度氢氧化铝具有勃姆石的晶体结构。
将浆液和高纯度氢氧化铝通过叶片型混合机混合，所述叶片型混合机包括安置在表面内的具有高度旋转多级十字型(highly-rotating multi-stagecross-type)分解结构的搅拌叶片。假定通过煅烧得到的α氧化铝的量为100重量份，则α氧化铝种子粒子在浆液中的量为1.7重量份。基于100重量份的氢氧化铝，水的量为149重量份。
在将水的量相对于100重量份的氢氧化铝调节至192重量份以后，将混合物挤出成型为据测量直径为20mm并且长度为40mm的柱状。将生坯成形体在烘箱中在60℃干燥以移去水分，然后以100℃/小时的升温速率并且在1,350℃的烧结温度烧结4小时，以得到α氧化铝(II)。烧结在大气空气中进行。
得到的α氧化铝(II)由烧结粒子组成，并且具有0.1m2/g以下的比表面积，94％的相对密度，1.1cm3的每一个烧结粒子的体积，1.8g/cm3的堆积密度，6％的闭口孔隙率，4ppm的Si含量，5ppm以下的Na含量，1ppm以下的Mg含量，1ppm以下的Cu含量，5ppm的Fe含量，1ppm以下的Ca含量，和99.99重量％的氧化铝纯度。
<α氧化铝(I)和α氧化铝(II)的混合>
将所得到的100重量份的α氧化铝(I)与100重量份的α氧化铝(II)混合，以得到用于制备单晶的α氧化铝。得到的用于制备单晶的α氧化铝具有3.0g/cm3的堆积密度，并且所述堆积密度高。因此，发现所得到的用于制备单晶的α氧化铝可以以高的体积效率填充到坩埚中并且因而可以以高的生产效率制备蓝宝石单晶。
而且，所得到的用于制备单晶的α氧化铝具有0.2m2/g的比表面积，6ppm的Si含量，5ppm以下的Na含量，1ppm以下的Mg含量，1ppm以下的Cu含量，6ppm的Fe含量，1ppm以下的Ca含量，和99.99重量％的氧化铝纯度。

Claims (5)

1.一种用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，所述α氧化铝包含100重量份的α氧化铝(I)和25至235重量份的α氧化铝(II)，
所述α氧化铝(I)具有0.1至5m2/g的比表面积和1.5g/cm3以上的堆积密度，
所述α氧化铝(II)由烧结粒子组成，并且具有1m2/g以下的比表面积和85％以上的相对密度，
所述烧结粒子中的每一个具有0.01cm3以上的体积。
2.根据权利要求1所述的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，其中在根据JIS K 0069(1992)的干式筛分试验确定的干式筛分粒径的以重量为基准的粒度分布中，所述α氧化铝(I)在100μm以上并且小于850μm的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值。
3.根据权利要求1或2所述的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，其中在根据JIS K 0069(1992)的干式筛分试验确定的干式筛分粒径的以重量为基准的粒度分布中，所述α氧化铝(I)含有10重量％以下的粒径为850μm以上并且小于1mm的粒子，
其中所述α氧化铝(I)在100μm以上并且小于850μm的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值(A)，并且所述α氧化铝(I)在1mm以上的粒径范围内表现出一个以上的频率最大值(B)，并且
其中当D1表示显示所述频率最大值(A)中的最小的最大粒径的频率最大值的最大粒径；M1表示显示所述频率最大值(A)中的最小的最大粒径的频率最大值的最大值；D2表示显示所述频率最大值(B)中的最大的最大粒径的频率最大值的最大粒径；和M2表示显示所述频率最大值(B)中最大的最大粒径的频率最大值的最大值时，D1和D2满足下列不等式：2×D1≤D2≤20×D1，并且M1与M2的比率(M1/M2)为0.05以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制备蓝宝石单晶的α氧化铝，所述α氧化铝具有99.99重量％以上的纯度，Si，Na，Ca，Fe，Cu和Mg中的每一种的含量按重量计为10ppm以下。
5.一种用于制备α氧化铝的方法，所述α氧化铝用于制备蓝宝石单晶，所述方法包括将100重量份的α氧化铝(I)与25至235重量份的α氧化铝(II)混合的步骤，其中
所述α氧化铝(I)具有0.1至5m2/g的比表面积和1.5g/cm3以上的堆积密度，
所述α氧化铝(II)由烧结粒子组成，并且具有1m2/g以下的比表面积和85％以上的相对密度，并且
所述烧结粒子中的每一个具有0.01cm3以上的体积。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112469667A (zh) * 2018-07-27 2021-03-09 萨索尔德国有限公司 具有高纯度和高相对密度的α氧化铝、其生产方法及其用途

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011080378A1 (de) 2011-08-03 2013-02-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Transparente Komposit-Scheibe für Sicherheitsanwendungen
CN102603273B (zh) * 2012-03-10 2013-12-18 锦州晶城新能源材料制造有限公司 一种用于蓝宝石单晶生长的高纯氧化铝烧结体的制备方法
KR101357286B1 (ko) * 2012-05-21 2014-02-12 주식회사 에이치엠알(Hmr) 알루미나 성형체의 제조 방법
WO2014017662A1 (ja) 2012-07-27 2014-01-30 住友化学株式会社 アルミナスラリーおよびその製造方法並びに塗工液
JP2016037421A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 住友化学株式会社 αアルミナ成形体およびその製造方法
JP6929933B2 (ja) * 2017-03-30 2021-09-01 日本碍子株式会社 アルミナ結晶
KR102612363B1 (ko) * 2021-10-28 2023-12-08 주식회사 티세라 판상형 α-알루미나 입자의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1079716A (zh) * 1992-06-02 1993-12-22 住友化学工业株式会社 α-氧化铝
CN1565973A (zh) * 2003-06-13 2005-01-19 昆明贵金属研究所 一种制备高纯超细Al2O3粉末的方法
CN101516782A (zh) * 2006-09-19 2009-08-26 住友化学株式会社 α氧化铝粉末

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1358716A (en) * 1971-10-08 1974-07-03 Tseitlin P A Derbeneva T A Zve Method of growing single crystals of corundum from a powder containing alumina and a method of preparing said powder
IT1184114B (it) * 1985-01-18 1987-10-22 Montedison Spa Alfa allumina sotto forma di particelle sferiche,non aggregate,a distribuzione granulometrica ristretta e di dimensioni inferiori a 2 micron,e processo per la sua preparazione
JP3127015B2 (ja) 1991-10-09 2001-01-22 三井金属鉱業株式会社 酸化物レーザ単結晶の製造方法
JP2008035656A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Oki Power Tech Co Ltd 電源回路
JP5217322B2 (ja) * 2006-09-19 2013-06-19 住友化学株式会社 αアルミナ粉末
UA34362U (ru) * 2008-03-03 2008-08-11 Восточноукраинский Национальный Университет Имени Владимира Даля Радиатор системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания
KR101808572B1 (ko) * 2009-11-20 2017-12-13 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 단결정 사파이어 제조용 α-알루미나

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1079716A (zh) * 1992-06-02 1993-12-22 住友化学工业株式会社 α-氧化铝
CN1565973A (zh) * 2003-06-13 2005-01-19 昆明贵金属研究所 一种制备高纯超细Al2O3粉末的方法
CN101516782A (zh) * 2006-09-19 2009-08-26 住友化学株式会社 α氧化铝粉末

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHINJI FUJIWARA ET AL: "Development of New High-Purity Alumina", 《SUMITOMO KAGAKU》, 31 May 2007 (2007-05-31), pages 1 - 10, XP055264450 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112469667A (zh) * 2018-07-27 2021-03-09 萨索尔德国有限公司 具有高纯度和高相对密度的α氧化铝、其生产方法及其用途
CN112469667B (zh) * 2018-07-27 2023-09-05 萨索尔德国有限公司 具有高纯度和高相对密度的α氧化铝、其生产方法及其用途

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