JP2010537943A - 気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末及びその製造方法に関し、電子線により励起され、波長領域が２２０〜３２０ｎｍ範囲内にピークを有する陰極線発光をするフッ素含有酸化マグネシウム粉末及び製造方法である。上記本発明では、マグネシウム蒸気にフッ素含有気体と酸素含有気体とを噴射し、気相合成法を利用したもので、フッ素を０．００１〜２重量％範囲で含有する酸化マグネシウム純度が９８重量％（但し、酸化マグネシウム純度は、フッ素含有酸化マグネシウムの純度）以上であり、ＢＥＴ比表面積が０．１〜５０ｍ^２／ｇ範囲にあるフッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造することを特徴とする。

Description

本発明は、気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末及びその製造方法に関するものであって、詳しくは、電子線により励起され２２０〜３２０ｎｍの波長範囲内にピークを有する陰極線発光（ｃａｔｈｏｄｅ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を起こすフッ素含有酸化マグネシウム粉末及びその製造方法に関するものである。

本発明は、マグネシウム蒸気にフッ素含有気体と酸素含有気体を噴射する気相合成法を利用し、０．００１〜２重量％のフッ素を含有する酸化マグネシウムの純度が少なくとも９８重量％（すなわち、フッ素含有酸化マグネシウムの純度）であり、そのＢＥＴ比表面積が０．１〜５０ｍ^２／ｇであるフッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造することを特徴とする。

酸化マグネシウム粉末を製造する方法としては、気相合成法、水酸化マグネシウム粉末を熱分解して製造する方法、全融法を利用した製造方法が知られている。特に、酸化マグネシウム微粉末を製造する方法として、気相合成法と水酸化マグネシウム粉末を熱処理して製造する熱分解法が知られている。

酸化マグネシウムは、従来から耐熱性、電気絶縁性などの特性により、耐火物、マグネシアセメント、触媒、吸着剤、制酸剤、ＰＤＰ用誘電体保護膜などの多様な用途に使用されている。プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の保護膜は、誘電体膜上に酸化マグネシウム膜を形成して、酸化マグネシウムの優れた耐スパッタリング性と高い２次電子放出係数を利用し、誘電体の保護及び蛍光体の発光効率を高める目的でよく使用されている。最近は、酸化マグネシウムをフッ素化合物で処理することにより、ＰＤＰの発光効率が高くなって 、輝度と放電電圧などの放電特性が向上されると報告されている。

特許文献１（大韓民国公開特許公報第２０００−００４８０７６号）では、酸化マグネシウム保護膜本体の表面にフッ化物層を形成して、酸化マグネシウムの炭酸塩、水酸化物の生成を防止あるいは抑制することにより、放電特性を改善する方法が提案されている。この方法は、保護膜の形成後、フッ化物層を形成させる追加工程が必要であるという問題点がある。

特許文献２（大韓民国公開特許公報第２００７−０００６６６１号）では、気相法による酸化マグネシウム単結晶体を含有するペーストを、スクリーン印刷法、オフセット法、ディスペンサー法、インクゼット法またはロールコート法などの方法により塗布し、従来の蒸着酸化マグネシウム膜に比べて放電特性を改善する方法が提案されている。しかしながら、酸化マグネシウム粉末に対する製造方法が具体的に技術されていない。

また、高い効率の紫外線を放出する酸化マグネシウム粉末を製造するために、特許文献３（大韓民国公開特許公報第２００７−００８３４２８号）では、酸化マグネシウム粉末とフッ化マグネシウム粉末とを混合するか、フッ素含有雰囲気で８５０℃以上の温度で焼成するフッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造する方法が提案されている。この方法は、酸化マグネシウム粉末に対する後処理工程がさらに必要であり、またフッ素と酸化マグネシウム粉末の均一な混合が難しいという問題点がある。

韓国公開特許第２０００−００４８０７６号公報 韓国公開特許第２００７−０００６６６１号公報 韓国公開特許第２００７−００８３４２８号公報

したがって、本発明では、プラズマディスプレイパネルの効率を向上させるために、後処理工程無しに、フッ素が均一に含有された酸化マグネシウム粉末を製造するための方法を提供する。本発明のフッ素含有酸化マグネシウム粉末は、フッ素が含有されていない粉末に比べ、陰極線が２２０〜３２０ｎｍ波長範囲で特異に放出されることを特徴とする。

上記の課題を達成するために、本発明では電子線により励起され２２０〜３２０ｎｍ波長範囲内にピークを有する、陰極線を放出するフッ素含有酸化マグネシウム粉末であって、フッ素を０．００１〜２重量％範囲で含有する酸化マグネシウムの純度が少なくとも９８重量％（但し、酸化マグネシウムの純度は、フッ素を含有する酸化マグネシウムの純度）であり、それのＢＥＴ比表面積が０．１〜５０ｍ^２／ｇ範囲にあるフッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造することを特徴とする。

本発明は、高温の反応器でマグネシウム蒸気にフッ素含有気体と酸素含有気体を噴射する気相合成法によりフッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造することを特徴とする。

上記本発明のフッ素含有酸化マグネシウム粉末は、フッ素を０．００１〜２重量％範囲、好ましくは、０．０１〜１重量％範囲で含有し、酸化マグネシウム純度は、９８重量％以上、好ましくは９９．５重量％以上である。

また、前記本発明の酸化マグネシウム粉末は、ＢＥＴ比表面積が０．１〜５０ｍ^２／ｇ範囲にあり、粉末の形状が単結晶六面体または多結晶六面体構造である。また、本発明の酸化マグネシウム粉末は、電子線により励起され、２２０〜３２０ｎｍと４００〜６００ｎｍの波長範囲で陰極線発光をすることを特徴とする。

本発明は、金属マグネシウム蒸気と酸素の結合過程でフッ素が部分的に酸素と置換され、酸化マグネシウム結晶構造内の欠陥を誘導するため、フッ素含有酸化マグネシウム粉末は電子線励起による４００〜６００ｎｍ波長範囲の紫外光放出の他に、２００〜３００ｎｍ波長範囲でも紫外光を放出する。

上記の構成の酸化マグネシウム粉末を製造するための製造方法は、フッ素と酸素が存在する雰囲気で金属マグネシウムを蒸発させる段階と、マグネシウム気体を、フッ素と酸素を含有する気体と衝突させる段階と、フッ素含有酸化マグネシウムを冷却させて微粒子に製造する段階とを含む。

ここで、前記フッ素含有気体としては、フッ素ガス、フッ化水素ガス、フッ化アンモニウム、フッ素含有有機化合物、フッ化硫黄（ＳＦ_４、ＳＦ_６、Ｓ_２Ｆ_１０）、フッ化炭素（Ｃ_ｘＦ_ｙ、ｘ＝１〜２、ｙ＝１〜６）、ＳｂＦ_４またはＮＦ_３ガスを使用して、他の形態のフッ素が含まれた化合物を使用することも可能である。

また、前記フッ素含有気体は、フッ素含量５〜５，０００ｐｐｍのアルゴンまたは窒素ガスを１〜５０ｌ／ｍｉｎの流量で噴射し、酸素含有気体として酸素、空気またはこれらの混合ガスを１〜５０ｌ／ｍｉｎ範囲の流量で噴射して衝突させることが好ましい。フッ素含有気体または酸素含有気体の流量は、反応器の大きさによって調整が可能であって、気相合成反応器の容量１００ｌ／ｍｉｎ以上に対しては、流量を増加させることが好ましい。

本発明のフッ素含有酸化マグネシウム粉末の製造装置は、図１に示した。

図１において、金属マグネシウム原料をマグネシウム蒸発坩堝３に投入して、坩堝３を８００℃以上、好ましくは、９００℃以上、さらに好ましくは、９００℃以上に加熱して、金属マグネシウム原料が溶融されて蒸発されるようにする。フッ素含有気体注入口６を通じて、フッ素含有気体と希釈ガスをマグネシウム蒸発坩堝３に注入する。反応器本体７に噴出されたマグネシウム気体とフッ素含有気体の混合気体に、酸素含有気体注入口８から酸素含有気体を注入する。このように製造したフッ素含有酸化マグネシウム粉末のフッ素含量は、金属マグネシウム蒸気の濃度、フッ素含有気体の流量と関係がある。

本発明の方法に利用する気相法を利用した酸化マグネシウム粉末の製造装置の図である。 本発明の実施例を通じて得られた酸化マグネシウムの紫外線励起によるＣＬ強度を示したグラフである。

以下、比較例及び実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。

比較例１：１−１〜１−３
図１の装置を利用して酸化マグネシウム粉末を製造した。

原料として金属マグネシウム塊をマグネシウム蒸発坩堝３に１時間間隔で連続的に投入した。蒸発坩堝の温度は１０００℃に調整して、フッ素含有気体注入口６に、マグネシウム蒸気の希釈ガスとしてアルゴン気体を１０、２０、３０ｌ／ｍｉｎに変化を与えて注入した。酸素含有気体注入口８に空気を１５ｌ／ｍｉｎで注入して、冷却用ガス注入口９には、空気を５０ｌ／ｍｉｎで注入した。生成された粉末は、捕集装置１１の金属フィルターにより下端の捕集容器に収集された。反応器の内部圧力は、ブロワー１３により調節されて、７００〜７５０ｔｏｒｒ範囲で減圧条件で合成した。この際、生成された粉末の粒子大きさは、アルゴン気体の流量が増加するにつれて、平均粒径が６００、４００、２００ｎｍに減少した。この際、フッ素含量は検出されなかった。

実施例１：１−１〜１−３
前記比較例と同一な装置を利用して、フッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造した。

蒸発器の温度は１０００℃に調整して、マグネシウム蒸気の希釈ガスとして、酸素含有気体注入口８にアルゴン気体を１０、２０、３０ｌ／ｍｉｎに変化を与えて注入し、ＳＦ_６気体はフッ素含有気体注入口６に３０ｍｌ／ｍｉｎで注入した。酸素含有気体注入口８に空気を１５ｌ／ｍｉｎで注入して、冷却用ガス注入口９には空気を５０ｌ／ｍｉｎで注入した。反応器の内部圧力は、ブロワー１３により調節されて、７００〜７５０ｔｏｒｒ範囲で減圧条件で合成した。この際、生成された粉末の粒子大きさは、前記比較例と同様に、希釈ガスであるアルゴンガスの流入量が増加するにつれて、生成された酸化マグネシウム粉末の平均粒径も６００、４００、２００ｎｍに減少した。この際、製造された酸化マグネシウム粉末中のフッ素含量は、０．５９、０．３６及び０．２９重量％であった。

比較例１−１のフッ素が含有されていない酸化マグネシウム粉末と、実験例１−１のフッ素が０．５９重量％含有された粉末に対する陰極線発光（ＣＬ）特性分析を行った結果を図２に示した。フッ素を含有していない酸化マグネシウム粉末（比較例１−１）は、３００〜５００ｎｍの範囲で弱いピークを示す陰極線を発光し、フッ素含有酸化マグネシウム粉末（実施例１−１）は、２６０ｎｍ、４７０ｎｍ及び５１０ｎｍの範囲で強いピークを示す陰極線を発光することが分かる。

実施例２：２−１〜２−３
前記実施例１と同一な条件及び装置を利用して酸化マグネシウム粉末を製造した。

蒸発器の温度は、１０００℃に調整して、マグネシウム蒸気の希釈ガスとして、酸素含有気体注入口８にアルゴン気体を１０、２０、３０ｌ／ｍｉｎに変化を与えて注入し、ＳＦ_６気体は、フッ素含有気体注入口６に１５ｍｌ／ｍｉｎで注入した。酸素含有気体注入口８に空気を１５ｌ／ｍｉｎで注入して、冷却用ガス注入口９には、空気を５０ｌ／ｍｉｎで注入した。反応器の内部圧力は、ブロワー１３により調節されて、７００〜７５０ｔｏｒｒ範囲で減圧条件で合成した。この際、生成された粉末の粒子大きさは、ＳＦ_６ガス流量に係らず、前記実施例と同様に、希釈ガスであるアルゴンガスの流入量が増加するにつれて、生成された酸化マグネシウム粉末の平均粒径も６００、４００、２００ｎｍに減少した。この際、製造された酸化マグネシウム粉末中のフッ素含量は、０．１６、０．１及び０．０５重量％であった。

実施例３：３−１〜３−３
前記実施例１と同一な条件及び装置を利用して、フッ素含有酸化マグネシウム粉末を製造した。

蒸発器の温度は、１０００℃に調整して、マグネシウム蒸気の希釈ガスとして、酸素含有気体注入口８にアルゴン気体を１０、２０、３０ｌ／ｍｉｎに変化を与えて注入し、ＳＦ_６気体は、フッ素含有気体注入口６に２ｍｌ／ｍｉｎで注入した。酸素含有気体注入口８に空気を１５ｌ／ｍｉｎで注入して、冷却用ガス注入口９には、空気を５０ｌ／ｍｉｎで注入した。反応器の内部圧力は、ブロワー１３により調節されて、７００〜７５０ｔｏｒｒ範囲で減圧条件で合成した。この際、生成された粉末の粒子大きさは、ＳＦ_６ガス流量に係らず、前記実施例と同様に、希釈ガスであるアルゴンガスの流入量が増加するにつれて、生成された酸化マグネシウム粉末の平均粒径も６００、４００、２００ｎｍに減少した。この際、製造された酸化マグネシウム粉末中のフッ素含量は、０．０２、０．００８及び０．００１重量％であった。

前記比較例及び各実施例の実験条件と、得られた酸化マグネシウム粉末に対するフッ素含量、ＢＥＴ比表面積、粒子大きさの測定結果を下記表１に示した。

実施例４
気相合成法により製造された比較例１−１、実施例１−１の酸化マグネシウム粉末を、プラズマディスプレイパネルの誘電体保護膜である酸化マグネシウム蒸着膜表面にスプレー塗布して製造した誘電体保護膜に対する放電効率、輝度を測定した。放電特性は、放電ガスとしてＸｅ（キセノン）とＮｅ（ネオン）の混合ガスを利用し、Ｘｅ（キセノン）２０重量％含量で測定した。その結果を下記表２に示した。

上記表から確認できるように、本発明の実施例１−１粉末を酸化マグネシウム蒸着膜上に塗布する場合、放電特性が向上することが分かった。これから、２２０〜３２０ｎｍ範囲の波長領域で放出される紫外光により、放電特性が画期的に向上されることを確認することができる。

本発明によると、酸化マグネシウムを気相法で製造する過程でフッ素含有気体を注入することにより、後処理工程無しに単一工程で、フッ素が含有された酸化マグネシウム粉末を製造した。フッ素含有酸化マグネシウム粉末は、類似した粒径と構造を有して、フッ素を添加しなかった酸化マグネシウム粉末では見られない、２２０〜３２０ｎｍ範囲の陰極線発光（ＣＬ）特性を示した。本発明から製造されたフッ素含有酸化マグネシウム粉末をプラズマディスプレイパネルの誘電体保護膜にコーティングして適用した結果、放電特性（効率、輝度、Ｊｉｔｔｅｒ）が向上した。

１ 電気炉本体
２ 耐火物
３ マグネシウム蒸発坩堝
４ マグネシウム溶湯
５ 発熱体
６ フッ素含有気体注入口
７ 反応器本体
８ 酸素含有気体注入口
９ 冷却用ガス注入口
１０ 粉末を含有した気体の排気管
１１ 酸化マグネシウム粉末の捕集装置
１２ 酸化マグネシウム粉末の捕集容器
１３ ブロワー（Ｂｌｏｗｅｒ）

Claims (5)

1. ＢＥＴ比表面積が０．１〜５０ｍ^２／ｇ範囲にあって、酸化マグネシウム粉末の形状が単結晶六面体または多結晶六面体構造であり、マグネシウム気体にフッ素含有気体と酸素含有気体を噴射して製造され、及び前記酸化マグネシウム粉末は、電子線により励起され、２２０〜３２０ｎｍ範囲と４００〜６００ｎｍの波長範囲内に弱いピークを示す陰極線発光をすることを特徴とする、気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末。
2. 前記酸化マグネシウム粉末におけるフッ素含量が０．００１〜２重量％範囲であり、酸化マグネシウムの純度が９８重量％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末。
3. フッ素と酸素気体が存在する雰囲気で金属マグネシウムを蒸発させる段階と、マグネシウム気体を、フッ素と酸素を含有する気体と衝突させる段階と、フッ素含有酸化マグネシウムを冷却させて微粒子に製造する段階とを含むことを特徴とする、気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末の製造方法。
4. 前記フッ素含有気体は、フッ素ガス、フッ化水素ガス、フッ化アンモニウム、フッ素含有有機化合物、ＳＦ_４、ＳＦ_６、Ｓ_２Ｆ_１０、フッ化炭素（Ｃ_ｘＦ_ｙ、ｘ＝１〜２、ｙ＝１〜６）、ＳｂＦ_４及びＮＦ_３ガスからなる群から選択されたことを特徴とする、請求項３に記載の気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末の製造方法。
5. 前記フッ素含有気体は、フッ素含有量が５〜５，０００ｐｐｍとして供給されて、フッ素含有気体と酸素含有気体は、１〜５０ｌ／ｍｉｎの流量で供給されることを特徴とする、請求項３に記載の気相合成法を利用したフッ素含有酸化マグネシウム粉末の製造方法。

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