JP2013103868A - METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL Download PDF

Info

Publication number
JP2013103868A
JP2013103868A JP2011250451A JP2011250451A JP2013103868A JP 2013103868 A JP2013103868 A JP 2013103868A JP 2011250451 A JP2011250451 A JP 2011250451A JP 2011250451 A JP2011250451 A JP 2011250451A JP 2013103868 A JP2013103868 A JP 2013103868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boehmite
alumina
fired body
sapphire single
single crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011250451A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Shimomura
彰 下村
Yuichi Izawa
雄一 伊澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HINOMOTO KENMAZAI KK
Original Assignee
HINOMOTO KENMAZAI KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HINOMOTO KENMAZAI KK filed Critical HINOMOTO KENMAZAI KK
Priority to JP2011250451A priority Critical patent/JP2013103868A/en
Publication of JP2013103868A publication Critical patent/JP2013103868A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for obtaining a low-cost and high-purity α-alumina.SOLUTION: The flow 1 of the method for producing an α-alumina fired body includes: a step 101 to add water to boehmite; a kneading step 102; a deaerating step 103; an extrusion molding step 104; and a firing step 105. Because a gas existing in boehmite is exhausted by deaerating and extrusion-molding boehmite with high pressure in the steps 103 and 104, an α-alumina fired body with high bulk density required for a raw material of a sapphire single crystal is produced only by firing of once in the step 105.

Description

本発明は、α−アルミナ焼成体およびサファイア単結晶の生産方法に関する。   The present invention relates to an α-alumina sintered body and a method for producing a sapphire single crystal.

近年、LED(light emitting diode)に注目が集まり、その電子回路の基板として人造サファイアのサファイア単結晶が利用されることが多くなっている。サファイア単結晶は、光学的に透明で化学的安定性、機械的強度が高く絶縁性、熱伝導性に優れているため、電子回路に利用される場合、ヒートシンク(heat sink)として有効であり、LEDチップとして高いチップ耐久性を与える。   In recent years, attention has been focused on LEDs (light emitting diodes), and artificial sapphire single crystals of sapphire are increasingly used as substrates for electronic circuits. Since sapphire single crystal is optically transparent and has high chemical stability, high mechanical strength, insulation and thermal conductivity, it is effective as a heat sink when used in electronic circuits. High chip durability is given as an LED chip.

ところで、サファイア単結晶は、アルミニウムの酸化物であるα−アルミナからできている。このα−アルミナを生産する手段については、従来から様々な方法が提案されてきている。   By the way, the sapphire single crystal is made of α-alumina which is an oxide of aluminum. Various methods have been proposed for producing α-alumina.

その一つとして、ベーマイトを焼くことによってα−アルミナを生産する技術は、公知である。ここで、本明細書中において記述される原料としてのベーマイトの製造方法について簡単に説明する。   As one of them, a technique for producing α-alumina by baking boehmite is known. Here, a method for producing boehmite as a raw material described in this specification will be briefly described.

ベーマイトの製造方法の一例として、ベーマイトは、アルコキシド法と呼ばれるα−アルミナを製造する方法の過程において製造される。   As an example of a method for producing boehmite, boehmite is produced in the course of a method for producing α-alumina called an alkoxide method.

より具体的には、先ず、高純度のアルミニウム金属(99.99パーセント以上)をアルコールと反応させ、アルミニウム・アルコキシド(溶液)を製造する。次に、アルミニウム・アルコキシドを蒸留し、精製しアルコキシドを製造する。さらに、アルコキシドに水を加え加水分解し、ベーマイトAlO(OH)を製造する。   More specifically, high-purity aluminum metal (99.99 percent or more) is first reacted with alcohol to produce an aluminum alkoxide (solution). Next, the aluminum alkoxide is distilled and purified to produce the alkoxide. Further, water is added to the alkoxide for hydrolysis to produce boehmite AlO (OH).

従来技術(アルコキシド法)においては、このベーマイトを焼成しα−アルミナ粉末とし、当該α−アルミナ粉末を成形などの加工処理をして再焼成し焼結(密度を高くする)させ、サファイア単結晶の原料としている。すなわち、従来技術においては、材料を2回焼く工程が必要とされていた。   In the prior art (alkoxide method), this boehmite is fired to form α-alumina powder, the α-alumina powder is subjected to processing such as molding, refired and sintered (to increase the density), and a sapphire single crystal As a raw material. That is, in the prior art, a process of baking the material twice is required.

なお、材料を2回焼く必要があるのは、サファイア単結晶の原料となるα−アルミナの嵩密度を高くして、サファイア単結晶の生産の歩留まりを高くするためである。   In addition, it is necessary to bake the material twice in order to increase the bulk density of α-alumina, which is a raw material of the sapphire single crystal, and to increase the yield of sapphire single crystal production.

また、特許文献1に開示される技術は、擬ベーマイトを高圧で成形後摂氏1500度で2時間焼くことにより、比較的純度の高いα−アルミナ焼成体が得られるとしている。   The technique disclosed in Patent Document 1 states that a relatively high-purity α-alumina fired body can be obtained by forming pseudo-boehmite at a high pressure and baking it at 1500 degrees Celsius for 2 hours.

特開昭63−55114号公報JP 63-55114 A

ところで、上述したアルコキシド法において材料を焼く工程が2回入るということは、生産費用が高くなることを意味する。また、硬く磨耗性の強いα−アルミナ粉末を用いて成形などの加工処理をするため、その工程で装置などの磨耗により、α−アルミナに不揮発性不純物が混ざり込んでしまうという問題がある。   By the way, the fact that the step of baking the material twice in the above-described alkoxide method means that the production cost becomes high. In addition, since processing such as molding is performed using α-alumina powder that is hard and highly wearable, there is a problem that non-volatile impurities are mixed into α-alumina due to wear of the apparatus in the process.

また、上述した特許文献1において開示される技術により得られるα−アルミナは、やはり擬ベーマイトを高圧で成形する過程で、周りの容器の表面を削り取ってしまい不揮発性不純物の含有量が多いという問題がある。   In addition, the α-alumina obtained by the technique disclosed in Patent Document 1 described above has a problem that the surface of the surrounding container is scraped off in the process of forming pseudo-boehmite at a high pressure and the content of nonvolatile impurities is large. There is.

そこで、本発明は、費用が安く純度の高い高密度のα−アルミナ焼成体を得られる手段を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide means for obtaining a high-density α-alumina sintered body that is low in cost and high in purity.

本発明は、上記の目的に鑑みて想到されたものであり、
ベーマイトに加水するステップと、
前記加水するステップにおいて加水されたベーマイトを混練するステップと、
前記混練するステップの後、もしくは前記混練するステップにおいて、前記加水され混練されたベーマイトに所定以上の圧力で加圧するステップと、
前記加水され混練され加圧されたベーマイトを摂氏1300度以上の温度において1回だけ焼くステップと
を備えるα−アルミナ焼成体を生産する方法を提供する(第1の実施態様)。
The present invention has been conceived in view of the above object,
Adding water to boehmite;
Kneading the boehmite hydrolyzed in the hydrating step;
After the step of kneading or in the step of kneading, pressurizing the hydrated and kneaded boehmite at a predetermined pressure or more;
A method of producing an α-alumina fired body comprising the step of firing the hydrated, kneaded and pressurized boehmite only once at a temperature of 1300 degrees Celsius or higher (first embodiment).

また、上記の第1の実施態様において、
前記加圧するステップは、前記加水され混練されたベーマイトを押出成形するステップを含む
構成を採用してもよい(第2の実施態様)。
In the first embodiment described above,
The pressurizing step may employ a configuration including a step of extruding the hydrated and kneaded boehmite (second embodiment).

また、上記の第2の実施態様において、
前記混練するステップの開始から前記押出成形するステップの終了までの間におけるいずれかのタイミングで、前記ベーマイトを所定気圧以下の環境下において脱気するステップを備える
構成を採用してもよい(第3の実施態様)。
In the second embodiment,
A configuration may be adopted that includes a step of degassing the boehmite in an environment of a predetermined atmospheric pressure or lower at any timing from the start of the kneading step to the end of the extrusion molding step (third) Embodiment).

また、本発明は、
チョコラルスキー法、キロプロス法、およびEFG法のうちのいずれかに従ったサファイア単結晶を生産する方法であって、
容器中で上記の第1乃至3のいずれかの実施態様にかかる方法により生産されたα−アルミナ焼成体を溶融するステップを備える
サファイア単結晶を生産する方法を提供する(第4の実施態様)。
The present invention also provides:
A method for producing a sapphire single crystal according to any one of the chocolate lasky method, the kilopross method, and the EFG method,
Provided is a method for producing a sapphire single crystal comprising a step of melting an α-alumina sintered body produced by the method according to any one of the first to third embodiments in a container (fourth embodiment). .

本発明の第1の実施態様にかかるα−アルミナ焼成体を生産する方法によれば、加水し混練されたベーマイトに加圧することにより、1回の焼成のみでサファイア単結晶の原料として要求される高い嵩密度を備えたα−アルミナ焼成体を生産することができる。そのため、2回焼く工程を要する従来技術により生産されるα−アルミナ焼成体と比較し、生産コストが安い。また、本発明の第1の実施態様にかかるα−アルミナ焼成体を生産する方法によれば、比較的柔らかいベーマイトの加水混練物を成形するため、比較的硬いα−アルミナの加水混練物の成形工程を要する従来技術により生産されるα−アルミナ焼成体と比較し、その成形の過程での汚染(コンタミネーション)が少なく、純度の高いα−アルミナを得ることができる。   According to the method for producing an α-alumina fired body according to the first embodiment of the present invention, it is required as a raw material for a sapphire single crystal only by one firing by pressurizing the water-kneaded boehmite. An α-alumina fired body having a high bulk density can be produced. Therefore, the production cost is low compared with the α-alumina fired body produced by the conventional technique that requires a twice baking step. In addition, according to the method for producing an α-alumina fired body according to the first embodiment of the present invention, a relatively soft boehmite hydrate kneaded product is formed. Therefore, a relatively hard α-alumina hydrate kneaded product is formed. Compared with an α-alumina fired body produced by a conventional technique requiring a process, there is less contamination (contamination) in the molding process, and α-alumina having a high purity can be obtained.

また、本発明の第2の実施態様にかかるα−アルミナ焼成体を生産する方法によれば、加水され混練されたベーマイトを押出成形するステップを備えるので、生産されるα−アルミナ焼成体の嵩密度を効率的に高めることができる。   Moreover, according to the method for producing an α-alumina calcined body according to the second embodiment of the present invention, the method includes the step of extruding hydrated and kneaded boehmite. The density can be increased efficiently.

また、本発明の第3の実施態様にかかるα−アルミナ焼成体を生産する方法によれば、脱気するステップを備えるので、脱気を行わない場合と比較して、より高い嵩密度のα−アルミナ焼成体を得ることができる。その結果として、サファイア単結晶の生産の歩留まりを高めることができる。   Moreover, according to the method for producing an α-alumina fired body according to the third embodiment of the present invention, since it includes a step of degassing, α having a higher bulk density than that in the case where degassing is not performed. An alumina fired body can be obtained. As a result, the production yield of sapphire single crystals can be increased.

また、本発明の第4の実施態様にかかるサファイア単結晶を生産する方法によれば、上記の第1乃至3のいずれかの実施態様にかかるα−アルミナ焼成体を原料としてサファイア単結晶を生産するので、従来技術により生産されるα−アルミナ焼成体を原料として生産されるサファイア単結晶と比較し、純度の高いサファイア単結晶を低コストで生産することができる。   Moreover, according to the method for producing a sapphire single crystal according to the fourth embodiment of the present invention, a sapphire single crystal is produced using the α-alumina fired body according to any one of the first to third embodiments as a raw material. Therefore, it is possible to produce a sapphire single crystal having a high purity at a low cost as compared with a sapphire single crystal produced using an α-alumina fired body produced by a conventional technique as a raw material.

図1は、本発明の一具体例である本実施例にかかるα−アルミナ焼成体を生産する方法のフローを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a flow of a method for producing an α-alumina fired body according to this example which is one specific example of the present invention. 図2は、本発明の一具体例である実施例にかかるα−アルミナ焼成体のペレットの写真である。FIG. 2 is a photograph of pellets of an α-alumina fired body according to an example which is a specific example of the present invention.

(第1実施例)
以下、本発明の一具体例である実施例を、図面を用いて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment which is a specific example of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施例にかかるα−アルミナ焼成体を生産する方法のフロー1を示す図である。なお、α−アルミナ焼成体の嵩密度を高くすることは、そのα−アルミナを原料とするサファイア単結晶の生産の歩留まりを高くすることにつながり、非常に重要である。フロー1は、ステップ101乃至105によって構成されるが、ステップ104の押出成形するステップが嵩密度を高める上で最も重要なステップであり、このステップによりサファイア単結晶の生産の原料として要求される嵩密度が得られる。さらに、ステップ103の脱気するステップにより、さらに嵩密度が向上される。   FIG. 1 is a diagram showing a flow 1 of a method for producing an α-alumina fired body according to this example. Increasing the bulk density of the α-alumina sintered body is very important because it leads to an increase in the production yield of sapphire single crystals using the α-alumina as a raw material. Flow 1 is composed of steps 101 to 105. The step of extruding in step 104 is the most important step for increasing the bulk density, and the bulk required as a raw material for the production of sapphire single crystals by this step. Density is obtained. Further, the bulk density is further improved by the degassing step of step 103.

以下、フロー1のステップの各々について説明する。なお、以下の説明において、「S」はステップを略したものである。   Hereinafter, each step of the flow 1 will be described. In the following description, “S” is an abbreviation for step.

S101は、ベーマイトに加水するステップである。ベーマイトに水を加えて粘土状に柔らかくするために行なわれる。なぜならば、粘土状に柔らかくすればその後の押し出し成形加工が容易になるからである。   S101 is a step of adding water to boehmite. This is done to add water to boehmite and soften it into clay. This is because if it is softened into a clay, the subsequent extrusion process becomes easier.

S102は、加水されたベーマイトを混練し粘土状のベーマイトとするステップである。混練することにより、押出し成形が容易になり、密度のばらつきなどを抑制することができる。   S102 is a step of kneading the hydrated boehmite to form clay-like boehmite. By kneading, extrusion molding is facilitated, and variation in density can be suppressed.

S103は、(混練された)ベーマイトを脱気するステップである。脱気することにより本実施例の最終製品であるα−アルミナ焼成体の嵩密度を高くすることができる。既述のとおり、当該嵩密度が低いとサファイア単結晶の原料となるインゴットとしては不都合なので、当該嵩密度を高めることが非常に重要である。なお、S103は、上述のS102もしくは後述のS104の中に含まれていることが一般的である。   S103 is a step of degassing (kneaded) boehmite. By degassing, the bulk density of the α-alumina fired body, which is the final product of this example, can be increased. As described above, if the bulk density is low, it is inconvenient for an ingot to be a raw material for the sapphire single crystal, so it is very important to increase the bulk density. Note that S103 is generally included in S102 described above or S104 described later.

S104は、脱気したベーマイトを押出成形するステップである。より具体的には、脱気したベーマイトをダイスと呼ばれる容器に入れてできるだけ高圧(例えば、600バール)で一定断面形状のわずかな隙間からところてんのように押し出して成形する。既述のように、このステップが、本実施例の最終製品であるα−アルミナ焼成体の嵩密度を高める上で最も重要である。上述のステップ103とステップ104の工程は、例えば、特許文献(特開平7−32335号公報)に示される押出成形装置によって行なわれることが可能である。   S104 is a step of extruding the degassed boehmite. More specifically, the deaerated boehmite is put in a container called a die and extruded from a slight gap having a constant cross-sectional shape at a pressure as high as possible (for example, 600 bar) to form. As described above, this step is most important in increasing the bulk density of the α-alumina fired body, which is the final product of this example. Steps 103 and 104 described above can be performed by, for example, an extrusion molding apparatus disclosed in a patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 7-32335).

ここで、本来明記されるべき加圧するステップは、S103およびS104の中に含まれてしまっている。   Here, the pressurizing step which should be originally specified is included in S103 and S104.

S105は、押出成形されたベーマイトを(1回だけ)摂氏1500度で約1時間以上かつ約2時間以下焼くステップである。これにより本実施例の最終製品であるα−アルミナ焼成体が生産される。なお、この温度と時間は、製造コストおよび精度において優れたα−アルミナ焼成体が生産されるか否かを考慮して、決定されたものである。   S105 is a step of baking the extruded boehmite (only once) at 1500 degrees Celsius for about 1 hour or more and about 2 hours or less. As a result, an α-alumina fired body, which is the final product of this example, is produced. The temperature and time are determined in consideration of whether or not an α-alumina fired body excellent in manufacturing cost and accuracy is produced.

この場合、得られるα−アルミナ焼成体の嵩密度は、約2.5g/cc以上かつ約3.5g/cc以下である。   In this case, the bulk density of the obtained α-alumina fired body is about 2.5 g / cc or more and about 3.5 g / cc or less.

また、ベーマイトを焼いて脱水する場合の化学式は、
2AlO(OH) → Al + H
である。
The chemical formula for baking and dehydrating boehmite is:
2AlO (OH) → Al 2 O 3 + H 2 O
It is.

以上の構成を有するフロー1によって生産されたα−アルミナ焼成体は、嵩密度が高く、非常に純度の高いものであり(99.99パーセント以上)、サファイア単結晶の原料となるインゴットとして用いられる。   The α-alumina fired body produced by Flow 1 having the above-described configuration has a high bulk density and a very high purity (99.99% or more), and is used as an ingot as a raw material for a sapphire single crystal. .

なお、α−アルミナ焼成体は、1cc程度の大きさに折り分けてペレット状にすると、サファイア単結晶の生産工程において原料として投入する際に便利である。   The α-alumina fired body can be conveniently divided into pellets by dividing it into a size of about 1 cc when used as a raw material in the production process of sapphire single crystals.

図2は、本実施例にかかるα−アルミナ焼成体のペレットの実物であり、右側の写真は、本実施例にかかるα−アルミナ焼成体のペレットの微細構造を顕微鏡で見たものである。   FIG. 2 is an actual pellet of the α-alumina fired body according to the present example, and the photograph on the right side is a microscopic view of the fine structure of the pellet of the α-alumina fired body according to the present example.

(第2実施例)
以下、本発明の別の一具体例である実施例について説明を行なう。
より具体的には、第1実施例にかかるα−アルミナ焼成体を用いたサファイア単結晶(すなわち、本実施例の最終製品)の製造方法(育成方法)の例について説明する。
(Second embodiment)
Hereinafter, an embodiment which is another specific example of the present invention will be described.
More specifically, an example of a manufacturing method (growing method) of a sapphire single crystal (that is, the final product of this embodiment) using the α-alumina fired body according to the first embodiment will be described.

サファイア単結晶の生産方法としては、キロプロス(Kyropoulos、Ky)法、チョコラルスキー(Czochralski、Cz)法、EFG(Edge−defined、Film−fed Growth)法が広く実用化されている方法として知られている。なお、キロプロス法は、回転を伴わないチョコラルスキー法とされることもあり、チョコラルスキー法との混乱も生じている。   As a method for producing a sapphire single crystal, the Kylopoulos (Ky) method, the Choralski (Czochralski, Cz) method, and the EFG (Edge-defined, Film-fed Growth) method are known as widely used methods. Yes. The kilopross method is sometimes referred to as a chocolate skiing method that does not involve rotation, resulting in confusion with the chocolate skiing method.

キロプロス法は、種子結晶をα−アルミナの融液に浸し、融液を徐冷し、坩堝全体まで固化する前に結晶を引き上げることによりサファイア単結晶を生産する方法である。以下、キロプロス法に従った本実施例にかかるサファイア単結晶の生産のフローについて簡単に説明する。   The Kilopros method is a method for producing a sapphire single crystal by immersing a seed crystal in a melt of α-alumina, slowly cooling the melt, and pulling the crystal before solidifying the entire crucible. Hereinafter, the flow of production of the sapphire single crystal according to the present example according to the kilopros method will be briefly described.

S201において、上述の第1実施例において生産されたα−アルミナ焼成体を坩堝の中に入れて加熱し溶融させる。   In S201, the α-alumina fired body produced in the first embodiment is put in a crucible and heated to melt.

S202において、α−アルミナ焼成体の種子結晶を上述の融液に浸す。   In S202, the seed crystal of the α-alumina fired body is immersed in the melt.

S203において、上述の融液を徐々に冷却していく。   In S203, the above melt is gradually cooled.

S204において、上述の融液が坩堝全体まで固化する前に結晶を引き上げる。これにより、サファイア単結晶を得る。   In S204, the crystal is pulled up before the above-mentioned melt is solidified to the entire crucible. Thereby, a sapphire single crystal is obtained.

チョコラルスキー法は、坩堝の中のα−アルミナの融液に種子結晶を漬けて結晶(もしくは坩堝)を回転させながら引き上げることによりサファイア単結晶を生産する方法である。工業的にも一般的な方法である。   The chocolate skiing method is a method of producing a sapphire single crystal by immersing a seed crystal in an α-alumina melt in a crucible and pulling the crystal (or crucible) while rotating it. This is also a common industrial method.

以下、チョコラルスキー法に従った本実施例にかかるサファイア単結晶の生産のフローについて簡単に説明する。   Hereinafter, the production flow of the sapphire single crystal according to the present example according to the chocolate skiing method will be briefly described.

S301において、上述の第1実施例において生産されたα−アルミナ焼成体を坩堝の中に入れて加熱し溶融させる。   In S301, the α-alumina fired body produced in the first embodiment is placed in a crucible and heated to melt.

S302において、α−アルミナ焼成体の種子結晶を上述の融液に浸す。   In S302, the seed crystal of the α-alumina fired body is immersed in the melt.

S303において、上述の融液を徐々に冷却していく。   In S303, the above melt is gradually cooled.

S304において、上述の融液が坩堝全体まで固化する前に結晶を引き上げる。この際、結晶(もしくは坩堝)を回転させながら引き上げる。これにより、サファイア単結晶を得る。   In S304, the crystal is pulled up before the above-mentioned melt is solidified to the entire crucible. At this time, the crystal (or crucible) is pulled up while rotating. Thereby, a sapphire single crystal is obtained.

EFG法は、毛細管現象を利用して結晶の形状を制御する方法で、所定の形状の空隙をもつ型(ダイ)をα−アルミナの融液に浮かべ、融液の毛細管現象を利用して結晶を引き上げることにより、サファイア単結晶を生産する方法である。EFG法によれば、型の形状によって棒状、板状、管状などに形状制御した結晶を得ることができる。   The EFG method is a method of controlling the shape of a crystal using a capillary phenomenon. A die (die) having a void of a predetermined shape is floated on a melt of α-alumina, and the crystal using the capillary phenomenon of the melt is used. This is a method of producing a sapphire single crystal by pulling up. According to the EFG method, a crystal whose shape is controlled to a rod shape, a plate shape, a tubular shape, or the like according to the shape of the mold can be obtained.

以下、EFG法に従った本実施例にかかるサファイア単結晶の生産のフローについて簡単に説明する。   Hereinafter, the production flow of the sapphire single crystal according to the present example according to the EFG method will be briefly described.

S401において、上述の第1実施例において生産されたα−アルミナ焼成体を細かく裁断もしくは破砕する。   In S401, the α-alumina fired body produced in the first embodiment is finely cut or crushed.

S402において、細かく裁断もしくは破砕したα−アルミナ焼成体を坩堝の中に入れて加熱し溶融させる。   In S402, the finely cut or crushed α-alumina fired body is placed in a crucible and heated to melt.

S403において、所定の形状の空隙をもつ型(ダイ)を融液に浮かべる。   In S403, a mold (die) having a predetermined gap is floated on the melt.

S404において、融液の毛細管現象を利用して結晶を引き上げる。これにより、サファイア単結晶を得る。なお、型の形状が管状になっていれば、管状に形状が制御されたサファイア単結晶が得られる。   In S404, the crystal is pulled up by utilizing the capillary action of the melt. Thereby, a sapphire single crystal is obtained. If the shape of the mold is tubular, a sapphire single crystal whose shape is controlled to be tubular can be obtained.

第1実施例にかかるα−アルミナ焼成体のインゴットは、主としてキロプロス法およびチョコラルスキー法の原料となる。また、上述のように、第1実施例にかかるα−アルミナ焼成体のインゴットを細かく成形すれば、EFG法に用いることも可能である。   The ingot of the α-alumina fired body according to the first example is mainly used as a raw material for the kilopross method and the chocolate ski method. Further, as described above, if the ingot of the α-alumina sintered body according to the first embodiment is finely formed, it can be used for the EFG method.

以上のような方法により生産されたサファイア単結晶は、光学的に透明で化学的安定性、機械的強度が高く絶縁性、熱伝導性に優れているため、電子回路に利用される場合、ヒートシンク(heat sink)として有効であり、LEDチップとして高いチップ耐久性を与える。   The sapphire single crystal produced by the method as described above is optically transparent and has high chemical stability, mechanical strength, insulation and thermal conductivity. It is effective as (heat sink) and gives high chip durability as an LED chip.

以上のようなサファイア単結晶の特性を活かせば、当該サファイア単結晶はSOS基板、半導体ディバイス、切削工具、腕時計のガラスなどの材料として適している。   Taking advantage of the characteristics of the sapphire single crystal as described above, the sapphire single crystal is suitable as a material for an SOS substrate, a semiconductor device, a cutting tool, a watch glass, or the like.

(変形例)
上述した実施例は、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形が可能である。以下にそれらの変形の例を示す。
(Modification)
The embodiment described above can be variously modified within the scope of the technical idea of the present invention. Examples of these modifications are shown below.

例えば、S104の押出成形するステップは、特に問題がなければ設けられなくてもよい。ただし、第1実施例の最終製品であるα−アルミナ焼成体の嵩密度を高めることが重要であるから、S104を割愛するならばS102の混練するステップの後もしくは混練するステップと同時にベーマイトに高い圧力で加圧することが必要である。   For example, the step of extruding in S104 may not be provided if there is no particular problem. However, since it is important to increase the bulk density of the α-alumina fired body as the final product of the first embodiment, if S104 is omitted, the boehmite is high after the kneading step of S102 or simultaneously with the kneading step. It is necessary to pressurize with pressure.

また、S104の押出成形するステップは、射出成形するステップによって代替されてもよい。   Further, the extrusion molding step of S104 may be replaced by an injection molding step.

また、S103の脱気するステップは、S102の混練するステップの開始からS104の押出し成形するステップの終了までの間におけるいずれかのタイミングで行なわれればよい。より具体的には、脱気は混練するステップの際もしくは押出成形ステップにおいて有効に行なわれることができる。   The degassing step of S103 may be performed at any timing from the start of the kneading step of S102 to the end of the extrusion molding step of S104. More specifically, degassing can be effectively performed during the kneading step or in the extrusion step.

また、S103の脱気するステップおよびS104の押出成形するステップは、上述した特許文献(特開平7−32335号公報)により示される方法で行なわれるものとしたが、本発明はこれによって限定されるものではない。   The degassing step of S103 and the extrusion molding step of S104 are performed by the method described in the above-mentioned patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 7-32335), but the present invention is limited thereto. It is not a thing.

したがって、S103の脱気するステップは、S101で加水されS102で混練されたベーマイトを、ポンプなどの機器を用いて実現される所定気圧以下の環境下において脱気することにより行なわれればよい。   Therefore, the degassing step of S103 may be performed by degassing the boehmite that has been added in S101 and kneaded in S102 in an environment of a predetermined atmospheric pressure or less realized by using a device such as a pump.

また、S104の押出成形するステップにおいては、例えば600バールの圧力でベーマイトを押し出すものとしたが、本発明はこれによって限定されるものではなく、特に問題がなければ他のいかなる圧力によってベーマイトを押し出してもよい。   Further, in the step of extruding in S104, for example, the boehmite is extruded at a pressure of 600 bar. However, the present invention is not limited to this, and the boehmite is extruded by any other pressure if there is no particular problem. May be.

また、S105の焼くステップは、ベーマイトを摂氏1500度で約1時間以上かつ約2時間以下焼くものとしたが、本発明はこれによって限定されるものではない。   In the baking step of S105, boehmite is baked at 1500 degrees Celsius for about 1 hour or more and about 2 hours or less, but the present invention is not limited thereto.

したがって、ベーマイトを焼く温度は摂氏1400度以上かつ摂氏1600度以下であれば好適であり、特に問題がなければそれ以外かつ摂氏1300度以上の温度であってもよい。ベーマイトを焼く温度および時間などは、上述のS101乃至105とそれらのステップが実行される環境条件との組み合わせによって、最適化され変化するのである。すなわち、ベーマイトを焼く時間も適宜決定され、例えば2時間以上であってもよい。   Accordingly, the temperature for baking boehmite is preferably 1400 degrees Celsius or more and 1600 degrees Celsius or less, and if there is no particular problem, the temperature may be other than that and 1300 degrees Celsius or more. The temperature and time for baking boehmite are optimized and changed depending on the combination of the above-described S101 to S105 and the environmental conditions in which those steps are executed. That is, the time for baking boehmite is also appropriately determined, and may be, for example, 2 hours or longer.

また、サファイア単結晶を生産する方法は、チョコラルスキー法、キロプロス法、およびEFG法のうちのいずれかであるものとしたが、本発明はこれによって限定されるものではない。   Moreover, although the method for producing a sapphire single crystal is any one of the chocolate lasky method, the kilopross method, and the EFG method, the present invention is not limited thereto.

すなわち、本発明にかかるサファイア単結晶は、上述のα−アルミナ焼成体を原料とする限り、他のいかなる方法によって生産されてもよい。   That is, the sapphire single crystal according to the present invention may be produced by any other method as long as the above-mentioned α-alumina fired body is used as a raw material.

また、第1実施例において生産されるα−アルミナ焼成体の嵩密度は、約2.5g/cc以上かつ約3.5g/cc以下であるものとしたが、本発明はこれによって限定されるものではない。したがって、第1実施例において生産されるα−アルミナ焼成体の嵩密度は、上述した値以外の値であってもよい。   Moreover, although the bulk density of the α-alumina fired body produced in the first embodiment is about 2.5 g / cc or more and about 3.5 g / cc or less, the present invention is limited thereby. It is not a thing. Therefore, the bulk density of the α-alumina fired body produced in the first embodiment may be a value other than the values described above.

(実験結果)
以下、本発明の一具体例である実施例およびその変形例に従って行なわれた実験について、説明を行なう。後述する実験1は、押出成形機を真空に引かない場合の実験例であり、後述する実験2は、押出成形機を真空に引いた場合の実験例である。両者の結果を比較することにより真空で引いた場合の優位性が認められる。
(Experimental result)
In the following, description will be given of experiments carried out in accordance with an embodiment which is a specific example of the present invention and modifications thereof. Experiment 1 to be described later is an experimental example when the extrusion molding machine is not evacuated, and Experiment 2 to be described later is an experimental example when the extrusion molding machine is evacuated. By comparing the results of both, superiority in the case of vacuuming is recognized.

先ず実験1について説明する。アルミニウム・アルコキシドを加水分解し製造したベーマイトAlO(OH)を2リットルの撹拌式混練機に投入し、撹拌して920gの純水を加えた。この状態で、15分間混練りして粘土状のベーマイトを得た。   First, Experiment 1 will be described. Boehmite AlO (OH) produced by hydrolyzing aluminum alkoxide was put into a 2 liter stirring kneader, stirred, and 920 g of pure water was added. In this state, the mixture was kneaded for 15 minutes to obtain clay-like boehmite.

この粘土状のベーマイトを、宮崎鉄工製押出成形機FM−30に投入し、2.5Mpa(メガパスカル)の加圧圧力で押出成形して、5ミリメートル径の棒状体を得た。   This clay-like boehmite was put into an extrusion machine FM-30 manufactured by Miyazaki Tekko Co., Ltd., and extrusion-molded with a pressure of 2.5 Mpa (megapascal) to obtain a 5 mm diameter rod-like body.

上述の棒状体である成形品を摂氏110度で乾燥し、電気炉の中において摂氏1500度で2時間焼成して、焼結体を得た。その結果については、後述する。   The molded article, which is the above-mentioned rod-shaped body, was dried at 110 degrees Celsius and fired in an electric furnace at 1500 degrees Celsius for 2 hours to obtain a sintered body. The result will be described later.

次に実験2について説明する。実験1の場合と同様に、アルミニウム・アルコキシドを加水分解し製造したベーマイトAlO(OH)を2リットルの撹拌式混練機に投入し、撹拌して920gの純水を加えた。この状態で、15分間混練りして粘土状のベーマイトを得た。   Next, Experiment 2 will be described. In the same manner as in Experiment 1, boehmite AlO (OH) produced by hydrolyzing aluminum alkoxide was put into a 2 liter stirring kneader, stirred, and 920 g of pure water was added. In this state, the mixture was kneaded for 15 minutes to obtain clay-like boehmite.

この粘土状のベーマイトを、宮崎鉄工製押出成形機FM−30に投入し、真空度を−0.1Mpa(メガパスカル)として押出成形機内を真空に引いて、2.5Mpa(メガパスカル)の加圧圧力で押出成形して、5ミリメートル径の棒状体を得た。   This clay-like boehmite is put into an extruder FM-30 manufactured by Miyazaki Tekko, the degree of vacuum is set to -0.1 Mpa (megapascal), the inside of the extruder is evacuated, and 2.5 MPa (megapascal) is applied. A 5 mm diameter rod-like body was obtained by extrusion molding under pressure.

上述の棒状体である成形品を摂氏110度で乾燥し、電気炉の中において摂氏1500度で2時間焼成して、焼結体を得た。その結果は、上述の実験1の結果とともに以下の表1に示される。   The molded article, which is the above-mentioned rod-shaped body, was dried at 110 degrees Celsius and fired in an electric furnace at 1500 degrees Celsius for 2 hours to obtain a sintered body. The results are shown in Table 1 below together with the results of Experiment 1 described above.

表1を見ると、押出成形機を真空に引くことによって、α−アルミナ焼成体の嵩密度が、2.21g/ccから2.85g/ccまで上昇している。これは、サファイア単結晶の生産の歩留まりを高める上で重要な数値である。   Referring to Table 1, the bulk density of the α-alumina fired body is increased from 2.21 g / cc to 2.85 g / cc by pulling the extruder into a vacuum. This is an important value for increasing the production yield of sapphire single crystals.

また、表1に見られるように、押出成形機を真空に引くことによっては、α−アルミナ焼成体の純度は、変わらなかった。すなわち、α−アルミナ焼成体の純度は、原料のベーマイトと同じであり、汚染(コンタミネーション)の無いことが分かった。   Moreover, as can be seen from Table 1, the purity of the α-alumina fired body was not changed by evacuating the extruder. That is, it was found that the purity of the α-alumina calcined body was the same as that of the raw material boehmite and there was no contamination (contamination).

今後の方針としては、上述の加圧圧力、真空度、加水の量などを最適化することにより、α−アルミナ焼結体の嵩密度をさらに高めることができると考えられる。   As a future policy, it is considered that the bulk density of the α-alumina sintered body can be further increased by optimizing the above-mentioned pressure, degree of vacuum, and amount of water added.

なお、表1の密度はアルキメデス法により測定し、不純物はICP−OES法により測定した。   In addition, the density of Table 1 was measured by the Archimedes method, and the impurity was measured by the ICP-OES method.

本発明のα−アルミナ焼成体の生産方法は、低コストで汚染(コンタミネーション)の少ないα−アルミナを生産することができ、また本発明のサファイア単結晶の生産方法は低コストかつ高い歩留まりでサファイア単結晶を生産することができるので、半導体の電気回路の基板を始めとする多くの分野において有効である。そのため、いわゆる製造業において利用可能である。   The production method of the α-alumina sintered body of the present invention can produce α-alumina with low contamination and low contamination, and the production method of the sapphire single crystal of the present invention is low in cost and high in yield. Since a sapphire single crystal can be produced, it is effective in many fields including a substrate of a semiconductor electric circuit. Therefore, it can be used in a so-called manufacturing industry.

1…フロー、S101…加水するステップ、S102…混練するステップ、S103…脱気するステップ、S104…押出成形するステップ、S105…焼くステップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow, S101 ... Water adding step, S102 ... Kneading step, S103 ... Deaeration step, S104 ... Extrusion molding step, S105 ... Baking step

Claims (4)

ベーマイトに加水するステップと、
前記加水するステップにおいて加水されたベーマイトを混練するステップと、
前記混練するステップの後、もしくは前記混練するステップにおいて、前記加水され混練されたベーマイトに所定以上の圧力で加圧するステップと、
前記加水され混練され加圧されたベーマイトを摂氏1300度以上の温度において1回だけ焼くステップと
を備えるα−アルミナ焼成体を生産する方法。
Adding water to boehmite;
Kneading the boehmite hydrolyzed in the hydrating step;
After the step of kneading or in the step of kneading, pressurizing the hydrated and kneaded boehmite at a predetermined pressure or more;
And baking the hydrated, kneaded and pressurized boehmite only once at a temperature of 1300 degrees Celsius or higher.
前記加圧するステップは、前記加水され混練されたベーマイトを押出成形するステップを含む
請求項1に記載のα−アルミナ焼成体を生産する方法。
The method for producing an α-alumina fired body according to claim 1, wherein the pressurizing step includes a step of extruding the hydrated and kneaded boehmite.
前記混練するステップの開始から前記押出成形するステップの終了までの間におけるいずれかのタイミングで、前記ベーマイトを所定気圧以下の環境下において脱気するステップを備える
請求項2に記載のα−アルミナ焼成体を生産する方法。
The α-alumina firing according to claim 2, further comprising a step of degassing the boehmite in an environment of a predetermined atmospheric pressure or less at any timing from the start of the kneading step to the end of the extrusion molding step. How to produce the body.
チョコラルスキー法、キロプロス法、およびEFG法のうちのいずれかに従ったサファイア単結晶を生産する方法であって、
容器中で請求項1乃至3のいずれかに記載の方法により生産されたα−アルミナ焼成体を溶融するステップを備える
サファイア単結晶を生産する方法。
A method for producing a sapphire single crystal according to any one of the chocolate lasky method, the kilopross method, and the EFG method,
A method for producing a sapphire single crystal comprising a step of melting an α-alumina fired body produced by the method according to claim 1 in a container.
JP2011250451A 2011-11-16 2011-11-16 METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL Pending JP2013103868A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011250451A JP2013103868A (en) 2011-11-16 2011-11-16 METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011250451A JP2013103868A (en) 2011-11-16 2011-11-16 METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013103868A true JP2013103868A (en) 2013-05-30

Family

ID=48623697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011250451A Pending JP2013103868A (en) 2011-11-16 2011-11-16 METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013103868A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016021464A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 住友化学株式会社 α-ALUMINA MOLDED BODY AND METHOD FOR PRODUCING SAME
CN107190310A (en) * 2016-03-15 2017-09-22 李刚 A kind of monocrystalline combination raw materials moulding process design of high loading density

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016021464A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 住友化学株式会社 α-ALUMINA MOLDED BODY AND METHOD FOR PRODUCING SAME
JP2016037421A (en) * 2014-08-08 2016-03-22 住友化学株式会社 α-ALUMINA COMPACT AND PRODUCTION METHOD THEREOF
CN107190310A (en) * 2016-03-15 2017-09-22 李刚 A kind of monocrystalline combination raw materials moulding process design of high loading density

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4166241B2 (en) Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same
JP5374381B2 (en) Aluminum nitride single crystal polygonal column and method for producing plate-like aluminum nitride single crystal using the same
JP2011153054A (en) Method for producing gallium oxide single crystal and gallium oxide single crystal
CN101348324A (en) Non-transparent quartz crucible for polysilicon crystallization and manufacturing method thereof
JP2011042560A (en) Method and equipment for producing sapphire single crystal
JP4233059B2 (en) Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same
KR20110030555A (en) Germanium-enriched silicon material for making solar cells
CN1654427A (en) Method for preparing high thermal conduction silicon nitride ceramic with magnesium silicon nitride as sintering aid
JP2013103868A (en) METHOD FOR PRODUCING α-ALUMINA FIRED BODY AND SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL
Bruni et al. Will Czochralski growth of sapphire once again prevail?
JP4678667B2 (en) Silica glass crucible for pulling silicon single crystal and method for producing the same
KR20190056264A (en) Layered KZnSb. Layered ZnSb, KZnSb nanosheet, ZnSb nanosheet and method thereof
JP2010280567A (en) Method for producing silica glass crucible
CN103469306A (en) Method for growing Ce: YAG monocrystal fluorescent material
JP2008037725A (en) Method for producing gallium oxide single crystal
JP2014031291A (en) Single crystal sapphire ingot and crucible
TW201712170A (en) Preparation method for double-doped scintillation crystal having the advantages of low manufacturing cost, high yield, low crystal fragmentation, high light intensity and short decaying time
CN110117815B (en) Method and device for artificially synthesizing large-size fluorophlogopite
KR101548633B1 (en) Preparation method of low soda-containing alumina using quartz
KR20140144502A (en) Manufacturing process of high purity and high density alumina used high temperature vacuum sintering furnace
JP2006321691A (en) Method for manufacturing silica molded product and method for manufacturing silica glass article by sintering the silica molded product
KR101215120B1 (en) Glass-ceramics for led package and manufacturing method of the same
KR101975458B1 (en) Method of Manufacturing of the Alumina powder for printed circuit board filler and resin composition Including the same
JP2015140291A (en) Crucible for sapphire single crystal growth and method for manufacturing sapphire single crystal using the same
JP6314407B2 (en) Method for producing ceramic composite material for light conversion