JP2003137658A

JP2003137658A - 酸化アルミニウム粉体の製造方法および酸化アルミニウム粉体

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Publication number: JP2003137658A
Application number: JP2001325929A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsuzuki; 宏都築; Hidetoshi Okamoto; 英俊岡本
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-14
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP4017857B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的低温度で高い焼結密度が得られ、且つ、
収縮率が小さい酸化アルミニウム粉体及びその製造方法
を提供する。【解決手段】平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類
以上の酸化アルミニウムを混合・粉砕する。酸化アルミ
ニウム原料には、平均一次粒子径が０．２５μｍを超え
０．５μｍまでの範囲内のもの、及び０．５μｍを超え
１μｍまでの範囲内のものの２種類以上を用いて、前記
順に５０〜９０重量部、及び１０〜５０重量部ずつ、そ
れぞれの混合比の合計が混合粉体１００重量部あたり９
０〜１００重量部になるように調整して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐火物、電子部品
及び機械用部品等のセラミックス用原料として有用な酸
化アルミニウム粉体及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化アルミニウム粉体は、各種セラミッ
クス製品の原料や、定型耐火物、不定型耐火物等の微粒
原料として従来から広く使用されている。近年のセラミ
ックスの大型化に伴い、焼成収縮率の低減と安定化、ま
た耐火物においては長寿命化の要求により、酸化アルミ
ニウム粉体に要求される品質は変化してきている。

【０００３】従来、セラミックス原料用酸化アルミニウ
ム粉体や、耐火物原料用酸化アルミニウム粉体は、バイ
ヤー法によって製造した水酸化アルミニウムを焼成し、
得られた酸化アルミニウムを種々の方法で粉砕し、単独
又は混合して使用されていた。特に高充填性、低収縮率
及び比較的低温度で高い焼結密度が得られることが重要
となるため、従来から粒度分布や粒子形状の影響、不純
物の影響等が検討されている。

【０００４】理想的なセラミックス原料用酸化アルミニ
ウム粉体とは、耐熱性の他に曲げ強度，表面平滑性，耐
磨耗性，耐スポーリング性等のセラミックス特性が優れ
た焼結体が得られる粉体であり、気孔が少なく、結晶の
粒径が小さく均一な組織に焼結することが要求されてい
る。従って、なるべく低い焼結温度で高い焼結密度が得
られ、且つ、収縮率が小さく、幅広い温度領域で結晶の
異常粒成長が起こり難いものほど好ましい。

【０００５】従来製法による易焼結性酸化アルミニウム
粉体では、焼結体の気孔や異常粒成長の制御が難しかっ
た。これに対し、酸化アルミニウム粉末中の不純物含有
量の厳密なコントロールや、マグネシウム系焼結助剤の
添加によって異常粒成長を抑制する方法や、一次粒子ま
での徹底粉砕といった方法によって焼結特性を向上させ
た。

【０００６】しかしながら、従来の製造法では高い焼結
密度が得られても焼結体の収縮率は大きくなり、焼結密
度が高く収縮率が小さい酸化アルミニウム粉体を得るこ
とはできなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、比較的低温
度で高い焼結密度が得られ、且つ、収縮率が小さい酸化
アルミニウム粉体及びその製造方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、電子部品原
料及び機械用部品等のセラミックス用原料として使用す
る時に、比較的低温度で高い焼結密度が得られ、且つ、
収縮率が小さい焼結体が得られる酸化アルミニウム粉体
とその製法を提供する。

【０００９】即ち、本発明は、以下の各発明からなる。（１）平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類以上の
酸化アルミニウムを混合する工程と、混合した粉体を粉
砕する工程とを含むことを特徴とする酸化アルミニウム
粉体の製造方法。

【００１０】（２）酸化アルミニウムを混合する工程
と、粉砕する工程とを同時に行うことを特徴とする
（１）に記載の酸化アルミニウム粉体の製造方法。

【００１１】（３）平均一次粒子径の異なる少なくとも
２種類以上の酸化アルミニウムが、平均一次粒子径が
０．２５μｍを超え０．５μｍまでの粉体Ａと、０．５
μｍを超え１μｍまでの粉体Ｂであることを特徴とする
（１）または（２）に記載の酸化アルミニウム粉体の製
造方法。

【００１２】（４）平均一次粒子径の異なる少なくとも
２種類以上の酸化アルミニウムが、酸化アルミニウム全
体を１００質量部とした場合の比率で、粉体Ａが５０〜
９０質量部の範囲内であり、粉体Ｂが１０〜５０質量部
の範囲内であることを特徴とする（１）〜（３）の何れ
か１項に記載の酸化アルミニウム粉体の製造方法。

【００１３】（５）平均一次粒子径の異なる少なくとも
２種類以上の酸化アルミニウムが、酸化アルミニウム全
体を１００質量部とした場合の比率で、粉体Ａと粉体Ｂ
との合計が９０質量部〜１００質量部の範囲内であるこ
とを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の酸
化アルミニウム粉体の製造方法。

【００１４】（６）平均一次粒子径の異なる少なくとも
２種類以上の酸化アルミニウムが、平均二次粒子径がそ
れぞれ３０μｍ〜１２０μｍの範囲内であることを特徴
とする（１）〜（５）の何れか１項に記載の酸化アルミ
ニウム粉体の製造方法。

【００１５】（７）混合した粉体を粉砕する工程での粉
砕強度（Ｒ比×粉砕時間）が、９０以上であることを特
徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の酸化アル
ミニウム粉体の製造方法。

【００１６】（８）グリコール類を添加することを特徴
とする（１）〜（７）の何れか１項に記載の酸化アルミ
ニウム粉体の製造方法。

【００１７】（９）グリコール類の添加量が、酸化アル
ミニウム全体を１００質量部とした場合の比率で、０．
０１質量部〜１質量部の範囲内であることを特徴とする
（１）〜（８）の何れか１項に記載の酸化アルミニウム
粉体の製造方法。

【００１８】（１０）マグネシウム化合物類を添加する
ことを特徴とする（１）〜（９）の何れか１項に記載の
酸化アルミニウム粉体の製造方法。

【００１９】（１１）マグネシウム化合物類の添加量
が、マグネシウム化合物類を酸化マグネシウムに換算し
た時の値で、酸化アルミニウム全体を１００質量部とし
た場合の比率で、０．０１質量部〜０．１質量部の範囲
内であることを特徴とする（１）〜（１０）の何れか１
項に記載の酸化アルミニウム粉体の製造方法。

【００２０】（１２）酸化アルミニウム粉体を９８ＭＰ
ａで加圧成形し、１５５０℃以上で焼成した時の焼結密
度が３．９１ｇ／ｃｍ³以上であり、かつ、収縮率が１
７．０％以下であることを特徴とする酸化アルミニウム
粉体。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、平均一次粒子径の異な
る少なくとも２種類以上の酸化アルミニウムの原料粉体
を独立に準備し、それらを好ましくは所定の割合で混合
し、次いでボールミル等の手段で粉砕することにより、
低温焼結特性が良好で収縮率が小さい酸化アルミニウム
を提供する。

【００２２】ここで原料粉体に用いられる酸化アルミニ
ウムは、通常のバイヤー法で得られる水酸化アルミニウ
ムを焼成した粉体（二次粒子粉体）である。焼成方法
は、一般的にロータリーキルン、トンネルキルンを使用
しても良く、特に手段には限定されない。二次粒子は一
般には一次粒子の凝集体であり、一次粒子径は焼成条件
によって支配を受ける。

【００２３】平均二次粒子径の測定はレーザー光回折・
散乱式粒度測定法等により行うことが可能で、例えば日
機装（株）社製マイクロトラックＸ−１００を用いるこ
とができる。また、一次粒子径はＢＥＴ比表面積からの
換算式により求める。その換算式は、平均一次粒子径（μm）＝６／（ＢＥＴ比表面積（ｍ²／
ｇ）×アルミニウム粉体の真比重（ｇ／ｃｍ³））である。なお、アルミニウム粉体の真比重は、３．９８
ｇ／ｃｍ³とする。

【００２４】本発明においては、平均一次粒子径の異な
る少なくとも２種類以上の粉体を原料として用いる。例
えば、独立に準備される原料粉体（二次粒子粉体）とし
ては、平均一次粒子径が０．２５μｍを超え０．５μｍ
までの範囲内、好ましくは０．３μｍ〜０．４μｍの範
囲内の原料（以下包含して「粉体Ａ」と称する。）、及
び平均一次粒子径が０．５μｍを超え１μｍまでの範囲
内、好ましくは０．５５μｍ〜０．７５μｍの範囲内の
原料（以下包含して「粉体Ｂ」と称する。）の２種類の
酸化アルミニウムを用いる。

【００２５】混合割合は原料粉体全体を１００質量部と
した場合で、粉体Ａを好ましくは５０〜９０質量部、よ
り好ましくは６０〜８０質量部、粉体Ｂを好ましくは１
０〜５０質量部、より好ましくは２０〜４０質量部とす
る。そして粉体Ａと粉体Ｂの、それぞれの混合割合の合
計が、混合原料粉体１００質量部あたり９０〜１００質
量部となるように調整するのが好ましい。

【００２６】混合はサイロ混合、混合機による方法等が
考えられるが、いずれも粉砕前に実施することで期待し
た効果が得られる。

【００２７】粉砕は、前記粉体Ａ、粉体Ｂを混合後、粉
砕機にて粉砕する方法の他、粉砕機に直接粉体Ａ、Ｂを
所定の割合で投入し、混合と粉砕を同時に行う方法等が
あり、どの方法でも期待した効果が得られる。

【００２８】粉砕にはロータリーボールミル、振動ミル
等の一般的なセラミックス原料製造用の粉砕機を用いる
ことができるが、二次粒子を構成している一次粒子の大
きさまで酸化アルミニウムを粉砕することが必要なた
め、バッチ式のロータリーボールミルを用いることが好
ましい。

【００２９】粉砕強度は、バッチ式のロータリーボール
ミルの場合、好ましくは９０以上、より好ましくは１０
０〜１６５とする。粉砕強度が９０より小さいと酸化ア
ルミニウムが一次粒子径まで粉砕されず二次粒子が残存
し、その結果、得られた酸化アルミニウム粉体の特性が
低下しやすい。また粉砕強度を１６５より大きくすると
過粉砕状態となり、搗き固められた凝集粒が増加し、同
じく、得られた酸化アルミニウム粉体の特性を著しく阻
害し、又、生産効率の点で不利益となる。

【００３０】焼結体焼成時に異常粒成長を抑制するため
に、焼結助剤としマグネシウム化合物類を添加するのが
好ましく、マグネシウム化合物類としては例えば塩基性
炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシ
ウムが例示できる。また粉砕効率を向上させるため粉砕
助剤としてグリコール類を用いるのが好ましく、例えば
エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプ
ロピレングリコールが例示できる。

【００３１】ここで、粉砕強度とはＲ比と粉砕時間（時
間）の積であり、Ｒ比とはミルに充填された粉砕メディ
ア（アルミナボール等）の重量（ｋｇ）を、投入した酸
化アルミニウムの重量（ｋｇ）で割った値をいう。

【００３２】例えば粉体Ａ、粉体Ｂをそれぞれ単独に粉
砕し、その後混合しても本発明のような効果は得られな
い。本発明においては、異なる平均一次粒子径で、粒子
が凝集した酸化アルミニウムの粉体（二次粒子粉体）を
混合後、又は混合しながらボールミル等の粉砕機によっ
て粉砕することにより、最密充填される。その結果、比
較的低温度で高い焼結密度が得られ、且つ、収縮率が小
さい酸化アルミニウム粉体を得ることができる。

【００３３】最密充填できる理由については、以下のよ
うに考えられる。

【００３４】酸化アルミニウムの粉砕粉は、約０．５μ
ｍ〜約５μｍの微粒子（「約」とは対象数字の±１０％
の範囲を意味する。）であるため、再凝集しやすく混合
機程度の解砕力では単粒まで分散しない。従って、粉砕
後の酸化アルミニウムを混合しても、粒子の配列が最密
充填するような配列まで混合できない。

【００３５】しかし、複数の粉砕前の酸化アルミニウム
を混合後ボールミル等で粉砕すると、単粒にほぐされな
がら均一に分散し、最密充填する配列が維持されたまま
ミクロ的に再凝集し、粉砕が進むに従いミクロな再凝集
品が増加していく。粉砕が完了すると、単粒がミクロ的
にもマクロ的にも均一に分散し、最密充填する配列にな
っているためと考えられる。最密充填する配列になると
成形体の嵩密度が高くなり、焼結体の収縮率は小さくな
る。

【００３６】本発明の酸化アルミニウム粉体に関する易
焼結特性の評価は、実施例に記載する焼結密度の評価方
法により行うことができる。

【００３７】例えば本発明の製造法により作られた酸化
アルミニウム粉体は、最密充填しやすい微粉であるとい
う長所を有することから、熱反応性に優れ、比較的低温
度で高い焼結密度が得られ、且つ、収縮率が小さくな
る。また、焼結組織が微細・均一になるため高強度が得
られ、表面平滑性，耐磨耗性，対スポーリング性に優れ
たセラミックスが得られることが期待できる。

【００３８】即ち本発明の酸化アルミニウム粉体は、酸
化アルミニウム粉体を９８ＭＰａで加圧成形し、１５５
０℃以上で焼成した時の焼結密度が３．９１ｇ／ｃｍ³
以上であり、かつ、収縮率が１７．０％以下である特性
を有している。なお、焼結密度の上限値は、αアルミナ
の真比重の、３．９８ｇ／ｃｍ³である。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

【００４０】（実施例１〜４）平均二次粒子径が約５５
μｍの酸化アルミニウム粉体を原料として用い、粉体Ａ
として構成する平均一次粒子径が０．４μｍのもの、粉
体Ｂとして平均一次粒子径が０．６μｍのものをそれぞ
れ準備した。表１に記載の各配合条件で混合して、振動
ミルにて粉砕強度（Ｒ比×粉砕時間）１２０で粉砕し、
各粉砕粉について、焼結密度及び収縮率をそれぞれ測定
した。

【００４１】（実施例５〜６）前記の粉体Ａ、粉体Ｂに
加え、平均二次粒子径が約５５μｍの酸化アルミニウム
粉体で、平均一次粒子径は０．３μｍのもの（表１では
粉体Ａ’とする。）と、平均一次粒子径は０．８μｍの
もの（表１では粉体Ｂ’とする。）をそれぞれ準備し
た。

【００４２】表１に記載の各配合条件で混合して振動ミ
ルにて粉砕強度１２０で粉砕し、各粉砕粉について焼結
密度及び収縮率をそれぞれ測定した。以下に粉砕条件、
焼結密度及び収縮率の測定条件を示す。

【００４３】（粉砕条件）振動ミル：川崎重工業（株）製ＳＭ０．６型振動ミル粉砕容器：アルミナセラミックス製容器容量１リット
ル粉砕メディア充填量：１５００ｇ酸化アルミニウム原料粉体の充填量：２００ｇ粉砕助剤（エチレングリコール）添加量：０．６０ｇ焼結助剤（塩基性炭酸マグネシウム）添加量：０．２１
ｇ

【００４４】（収縮率の評価）製造した酸化アルミニウ
ム粉体６．５ｇを内径２５ｍｍφの金型に入れ、自動圧
力制御機能を有するプレス機で９８ＭＰａに加圧し、２
０秒間保持し成形体（成形ピース）を作製した。作製し
た成形ピースについて直径をマイクロゲージにて１／１
００mmの単位まで測定した。測定を終えた成形ピースは
高速昇温炉にて焼成温度１５５０℃、昇温時間４時間、
保持時間４時間、降温時間４時間の焼成条件で焼成し、
焼成後のピース（焼結ピース）を作製した。作製した焼
結ピースについてマイクロゲージにて直径を１／１００
mmの単位まで測定した。焼成前後のピースの直径差を成
形ピース直径で除して収縮率を算出した。

【００４５】（焼結密度の評価）前条件にて作製した焼
結ピースについて、アルキメデス法により測定した焼結
ピースの水中重量と、測定後一昼夜乾燥させた焼結ピー
スの乾燥重量から以下の式により焼結密度を算出した。

【００４６】焼結密度（ｇ／ｃｍ³）＝（乾燥重量
（ｇ）／（乾燥重量（ｇ）−水中重量（ｇ）））×（水
の密度（ｇ／ｃｍ³））

【００４７】（比較例１〜２）比較例１〜２は、実施例
１〜４で用いた２原料（粉体Ａ及び粉体Ｂ）を各単独で
振動ミルにて粉砕強度１２０で粉砕した。実施例と同様
の方法で焼結密度及び収縮率を測定した。

【００４８】（比較例３）比較例１、２で得た粉体Ａの
単独粉砕粉および粉体Ｂの単独粉砕粉を、それぞれ８０
質量部と２０質量部の割合で配合後混合し、焼結密度及
び収縮率を測定した。

【００４９】（比較例４）比較例４では、粉体Ａ及び粉
体Ｂを表１の割合にて混合し、振動ミルにて粉砕強度７
５で粉砕し、焼結密度及び収縮率を測定した。

【００５０】本発明の酸化アルミニウムの製造方法によ
り製造された酸化アルミニウム粉体は、成形体嵩密度が
高く、１５５０℃以上で焼成した時に、焼結密度が３．
９１ｇ／ｃｍ³以上であり、かつ、収縮率が１７．０％
以下である酸化アルミニウム粉体を得ることができた。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【発明の効果】本発明の酸化アルミニウム粉体は焼結体
の収縮率が小さく、且つ、焼結助剤添加により微細で均
一な焼結組織が得られ、強度，表面平滑性，耐スポーリ
ング性等が向上することから、電子部品、機械部品等の
セラミックス原料、定型耐火物、不定型耐火物等の原料
等に適している。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類
以上の酸化アルミニウムを混合する工程と、混合した粉
体を粉砕する工程とを含むことを特徴とする酸化アルミ
ニウム粉体の製造方法。
【請求項２】酸化アルミニウムを混合する工程と、粉砕
する工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記
載の酸化アルミニウム粉体の製造方法。
【請求項３】平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類
以上の酸化アルミニウムが、平均一次粒子径が０．２５
μｍを超え０．５μｍまでの粉体Ａと、０．５μｍを超
え１μｍまでの粉体Ｂであることを特徴とする請求項１
または２に記載の酸化アルミニウム粉体の製造方法。
【請求項４】平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類
以上の酸化アルミニウムが、酸化アルミニウム全体を１
００質量部とした場合の比率で、粉体Ａが５０〜９０質
量部の範囲内であり、粉体Ｂが１０〜５０質量部の範囲
内であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に
記載の酸化アルミニウム粉体の製造方法。
【請求項５】平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類
以上の酸化アルミニウムが、酸化アルミニウム全体を１
００質量部とした場合の比率で、粉体Ａと粉体Ｂとの合
計が９０質量部〜１００質量部の範囲内であることを特
徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の酸化アルミ
ニウム粉体の製造方法。
【請求項６】平均一次粒子径の異なる少なくとも２種類
以上の酸化アルミニウムが、平均二次粒子径がそれぞれ
３０μｍ〜１２０μｍの範囲内であることを特徴とする
請求項１〜５の何れか１項に記載の酸化アルミニウム粉
体の製造方法。
【請求項７】混合した粉体を粉砕する工程での粉砕強度
（Ｒ比×粉砕時間）が、９０以上であることを特徴とす
る請求項１〜６の何れか１項に記載の酸化アルミニウム
粉体の製造方法。
【請求項８】グリコール類を添加することを特徴とする
請求項１〜７の何れか１項に記載の酸化アルミニウム粉
体の製造方法。
【請求項９】グリコール類の添加量が、酸化アルミニウ
ム全体を１００質量部とした場合の比率で、０．０１質
量部〜１質量部の範囲内であることを特徴とする請求項
１〜８の何れか１項に記載の酸化アルミニウム粉体の製
造方法。
【請求項１０】マグネシウム化合物類を添加することを
特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の酸化アル
ミニウム粉体の製造方法。
【請求項１１】マグネシウム化合物類の添加量が、マグ
ネシウム化合物類を酸化マグネシウムに換算した時の値
で、酸化アルミニウム全体を１００質量部とした場合の
比率で、０．０１質量部〜０．１質量部の範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の
酸化アルミニウム粉体の製造方法。
【請求項１２】酸化アルミニウム粉体を９８ＭＰａで加
圧成形し、１５５０℃以上で焼成した時の焼結密度が
３．９１ｇ／ｃｍ³以上であり、かつ、収縮率が１７．
０％以下であることを特徴とする酸化アルミニウム粉
体。