JP2020001940A - Method of manufacturing granulated particle for producing ceramic - Google Patents

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靖典 坂本
Yasunori Sakamoto
靖典 坂本
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Abstract

To provide a method capable of effectively suppressing contamination of impurities to a granulated particle when manufacturing the granulated particle for producing a ceramic using a nonmagnetism inorganic material powder.SOLUTION: The method of manufacturing a granulated particle for producing ceramic includes: a slurry-preparing process of preparing a slurry composed of a mixture containing a nonmagnetism inorganic material powder, and a solvent; and a process of granulating the slurry by introducing a spray-drying device, where there is provided an impurity-removing process of removing magnetic metals contained in the slurry by contacting the slurry to a magnet right before the slurry is introduced into the spray-drying device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非磁性無機材料粉末、例えば窒化アルミニウムの粉末を用いて、セラミック製造用顆粒を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing granules for ceramic production using a nonmagnetic inorganic material powder, for example, a powder of aluminum nitride.

窒化アルミニウムに代表される非磁性無機材料は顆粒状に成形し、これを加熱処理(焼成)して固めた焼結体、即ち、セラミックとして種々の用途に使用されている。例えば、窒化アルミニウム製セラミックは、高熱伝導性、高絶縁性を示し、放熱材料や電気絶縁材料として、電気機器の放熱基板や電子回路基板、半導体製造装置用部材等などの用途に広く使用されている(特許文献1)。   A nonmagnetic inorganic material represented by aluminum nitride is used for various applications as a sintered body, which is formed into a granule and then solidified by heat treatment (firing), that is, a ceramic. For example, ceramics made of aluminum nitride exhibit high thermal conductivity and high insulation properties, and are widely used as heat dissipation materials and electrical insulation materials in applications such as heat dissipation boards for electronic devices, electronic circuit boards, members for semiconductor manufacturing equipment, and the like. (Patent Document 1).

ところで、上記のようにセラミックの製造に使用される無機化合物の顆粒(セラミック製造用顆粒)は、一般に、その粉末を溶媒、さらには適宜、結合剤(バインダ)と混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いてスプレードライにより造粒することにより製造される(特許文献1及び2)。   By the way, as described above, the granules of the inorganic compound used for the production of ceramics (granules for ceramic production) are generally prepared by mixing the powder with a solvent, and further suitably, a binder (binder) to prepare a slurry, It is manufactured by granulating the slurry by spray drying (Patent Documents 1 and 2).

しかるに、上記のような方法により得られるセラミック製造用顆粒には、しばしば許容限度以上量で不純物が混入するという問題があった。このような不純物の混入は、この顆粒を用いて製造されるセラミックにおいて、焼結体の強度低下や焼結体表面の変色点などの発生による外観低下、さらには電気絶縁性等の電気特性の低下をもたらすおそれがあるため、その改善が必要である。
特に、ステンレスなどの金属不純物が混入すると、焼結体表面に黒点や白点などの変色点を発生させる。絶縁板や半導体製造装置用のヒーター等、比較的大型で製造工程の長い製品の最終段階において、焼結体表面にこのような変色点が発生すると大きな損失に繋がる。
However, there has been a problem that the granules for ceramic production obtained by the above-described method often contain impurities in an amount exceeding the allowable limit. Such incorporation of impurities causes the ceramic produced using the granules to have a reduced strength due to a reduction in the strength of the sintered body and a change in the color of the surface of the sintered body, and furthermore, a decrease in the electrical characteristics such as electrical insulation. There is a need for improvement because it may lead to a decrease.
In particular, when metal impurities such as stainless steel are mixed, discoloration points such as black spots and white spots are generated on the surface of the sintered body. In the final stage of a product having a relatively large size and a long manufacturing process, such as an insulating plate or a heater for a semiconductor manufacturing apparatus, the occurrence of such a discoloration point on the surface of the sintered body leads to a large loss.

特許第3479160号Patent No. 3479160 特許第2525074号Patent No. 2525074

従って、本発明の目的は、非磁性無機材料粉末を用いてセラミック製造用顆粒を製造するに際して、該顆粒への不純物の混入を有効に抑制することが可能な方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of effectively preventing impurities from being mixed into granules for producing ceramics using the non-magnetic inorganic material powder.

本発明者は、セラミック製造用顆粒に混入する不純物が、原料となる非磁性無機材料粉末の製造工程、また、それを用いた顆粒の製造工程で使用されるスチール製の搬送配管等から生じる摩耗粉に由来するという知見を見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor believes that impurities mixed in the ceramic manufacturing granules may cause wear caused by the manufacturing process of the non-magnetic inorganic material powder as a raw material, and the steel conveying pipe used in the manufacturing process of the granules using the same. They have found that they are derived from powder, and have completed the present invention.

即ち、本発明によれば、非磁性無機材料粉末および溶媒を含む混合物よりなるスラリーを用意するスラリー調製工程、該スラリーをスプレードライ装置に導入して造粒する工程を含む、セラミック製造用顆粒の製造方法において、
前記スラリーがスプレードライ装置に導入される直前に、該スラリーを磁石に接触させて、該スラリー中に含まれる磁性金属不純物を取り除く不純物除去工程が設けられていることを特徴とする、セラミック製造用顆粒の製造方法が提供される。
That is, according to the present invention, a slurry preparation step of preparing a slurry composed of a mixture containing a nonmagnetic inorganic material powder and a solvent, including a step of granulating the slurry by introducing the slurry into a spray-drying apparatus, comprising: In the manufacturing method,
Immediately before the slurry is introduced into a spray drying apparatus, an impurity removing step of contacting the slurry with a magnet to remove magnetic metal impurities contained in the slurry is provided. A method for producing a granule is provided.

本発明の製造方法においては
(1)前記不純物除去工程に先立って、目開き10〜100μmの濾材で前記スラリーを濾過する濾過工程が設けられていること、
(2)前記不純物除去工程に導入されるスラリーの粘度(20℃)が、0.02〜2000mPa・sであること、
(3)前記非磁性無機材料が窒化アルミニウムであること、
が好適である。
In the production method of the present invention, (1) a filtration step of filtering the slurry with a filter medium having an aperture of 10 to 100 μm is provided prior to the impurity removal step;
(2) the viscosity (20 ° C.) of the slurry introduced into the impurity removing step is 0.02 to 2000 mPa · s;
(3) the non-magnetic inorganic material is aluminum nitride;
Is preferred.

本発明では、非磁性無機材料粉末を含むスラリーをスプレードライ装置に導入して造粒してセラミック製造用顆粒を製造するに際し、スプレードライ装置に導入される直前に、該スラリーを磁石にさせる不純物除去工程を設けた点に重要な特徴を有する。   In the present invention, when a slurry containing a non-magnetic inorganic material powder is introduced into a spray drying apparatus and granulated to produce granules for ceramic production, immediately before being introduced into the spray drying apparatus, impurities that cause the slurry to become magnets An important feature is that a removal step is provided.

即ち、本発明者らは、非磁性無機材料粉末を含むスラリーをスプレードライ装置に導入するまでの汚染の状態を調査したところ、上記スラリーは、スプレードライ装置に導入されるまでに極めて微量ではあるが金属の摩耗粉が混入すること、更に、かかる微量の金属粉により得られる顆粒を使用して成形される焼結体において、変色点の発生による外観不良が生じ、更に、突発的に金属粉の発生が増加した場合は、上記焼結体の強度や電気絶縁性にバラつきが発生することがあるという知見を得た。具体的には、上記スラリーの調製に使用される無機材料粉末は、その製造工程において搬送配管等を移動する際、搬送配管との接触により配管を構成する金属材料を削り、摩耗粉が混入し、また、上記無機材料粉末を使用して調製されたスラリーは、後述のスラリーの調製用の装置や、その後の搬送配管を通過する際、搬送配管との接触により配管を構成する金属材料を削り、摩耗粉が混入することが判明した。
上記搬送配管等は一般にステンレススチール等のスチール製であり、また、用いる無機材料粉末、特に窒化アルミニウム粉末は非常に硬度の大きな物質であり、前記現象が著しい。
その結果、導電性であるスチール等の磁性金属の摩耗粉がセラミック製造用顆粒中に混入し、これが、焼結性の低下を引き起こし、セラミック製造用顆粒から得られるセラミック製品の強度低下や電気特性の低下などの品質低下を引き起こす。
That is, the present inventors investigated the state of contamination until the slurry containing the non-magnetic inorganic material powder was introduced into the spray drying apparatus, and found that the slurry was extremely small before being introduced into the spray drying apparatus. Is mixed with abrasion powder of a metal, furthermore, in a sintered body formed using granules obtained by such a small amount of a metal powder, an appearance defect due to generation of a discoloration point occurs, It has been found that when the occurrence of cracks increases, the strength and electrical insulation of the sintered body may vary. Specifically, the inorganic material powder used in the preparation of the slurry, when moving in a transport pipe or the like in the manufacturing process, scrapes the metal material constituting the pipe by contact with the transport pipe, and abrasion powder is mixed. Also, when the slurry prepared using the above-mentioned inorganic material powder passes through a slurry preparation apparatus described later or a subsequent transfer pipe, a metal material constituting the pipe is cut by contact with the transfer pipe. It was found that wear powder was mixed.
The transfer pipe and the like are generally made of steel such as stainless steel, and the used inorganic material powder, particularly aluminum nitride powder, is a substance having a very high hardness, and the above phenomenon is remarkable.
As a result, abrasion powder of a magnetic metal such as steel, which is conductive, is mixed into the granules for ceramic production, which causes a reduction in sinterability, resulting in a decrease in strength and electrical characteristics of the ceramic product obtained from the granules for ceramic production. It causes quality deterioration such as deterioration of quality.

しかるに、本発明では、無機材料として非磁性のものを使用し、その粉末を含むスラリーをスプレードライ装置に導入する直前に磁石と接触させるため、このスラリー中に混合した磁性金属粉を選択的且つ効果的に除去でき、このような金属粉の混入のないセラミック製造用顆粒を得ることができる。   However, in the present invention, a non-magnetic inorganic material is used, and the slurry containing the powder is brought into contact with the magnet immediately before being introduced into the spray drying apparatus. It is possible to obtain a granule for ceramic production which can be effectively removed and does not contain such metal powder.

尚、スプレードライ装置によって造粒した後に、造粒物を磁石と接触させて磁性金属粉の除去を行うことも考えられるが、この場合には、造粒物と磁石とを密に接触させることができないため、効率よく、磁性の金属粉を除去することができない。本発明のように、磁石に接触するものがスラリー状であるため、両者が密に接触し、磁性の金属粉を効率よく除去することができる。   In addition, after granulation by a spray drying apparatus, it is conceivable to remove the magnetic metal powder by bringing the granulated material into contact with a magnet, but in this case, it is necessary to bring the granulated material and the magnet into close contact. Therefore, magnetic metal powder cannot be efficiently removed. As in the present invention, since the material that comes into contact with the magnet is in the form of a slurry, the two materials come into close contact and the magnetic metal powder can be efficiently removed.

また、セラミック等の絶縁性材料が内面にコートされた搬送配管を用いることにより、金属粉の混入を防止することは可能である。しかしながら、工業的に多量のセラミック製造用粉末やそれを用いた顆粒を製造するプロセスで、無機材料粉末の搬送工程や無機材料粉末を溶媒等に混合してスラリーを調製し、さらにはスプレードライ装置に供給するまでの工程に絶縁性材料が内面にコートされた搬送配管を使用することは、コストの点で工業的な実施が不可能である。
即ち、本発明では、磁石を用いて金属粉を除去するという手段を用いているため、高価でないスチール製の搬送配管を使用することができ、工業的な実施が可能となるものである。
Further, by using a transfer pipe having an inner surface coated with an insulating material such as ceramic, it is possible to prevent metal powder from being mixed. However, in the process of industrially producing a large amount of powder for ceramic production and granules using the same, a step of transporting the inorganic material powder or mixing the inorganic material powder with a solvent or the like to prepare a slurry, and further using a spray drying apparatus It is not possible to industrially implement the use of a transfer pipe having an inner surface coated with an insulating material in the process up to the supply to the substrate.
That is, in the present invention, since means for removing metal powder using a magnet is used, an inexpensive steel transfer pipe can be used, and industrial implementation is possible.

本発明のセラミック製造用顆粒の製造方法のプロセスを示すフローチャート。3 is a flowchart showing a process of the method for producing granules for ceramic production of the present invention.

図1のフローチャートを参照して、本発明の製造方法は、大まかに言って、非磁性無機材料粉末、溶媒及び適宜使用される任意材料を原材料として用意し、これらの原材料をスラリー調製工程に導入し、この工程で得られたスラリーを、磁石を用いた不純物除去工程に導入し、さらに、不純物が除去されたスラリーをスプレードライ装置に供給して造粒し、得られた顆粒を製品として回収するものである。   Referring to the flowchart of FIG. 1, the manufacturing method of the present invention generally includes preparing a nonmagnetic inorganic material powder, a solvent, and optionally used optional materials as raw materials, and introducing these raw materials to a slurry preparation step. Then, the slurry obtained in this step is introduced into an impurity removing step using a magnet, and the slurry from which the impurities have been removed is supplied to a spray drying apparatus to be granulated, and the obtained granules are collected as a product. Is what you do.

原材料;
本発明において、原材料として使用される無機材料粉末は、最終的に製造されるセラミックの骨格を形成する成分であるが、当然、非磁性でなければならない。鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の磁性金属もしくはその化合物を用いた場合には、磁石を用いての不純物除去を行うことができないからである。
また、非磁性無機材料粉末としては、非磁性である限り、特に制限されず、原理的には、種々の非磁性金属もしくはその化合物の粉末を使用することができるが、セラミック製品としてのニーズや、本発明の効果が最大限に発揮されるという観点から、窒化アルミニウム粉末やアルミナ粉末を用いることが好適であり、窒化アルミニウム粉末が最適である。即ち、窒化アルミニウム粉末は、非常に硬度が高く、スチール製搬送配管の摩耗を最も生じ易いからである。
raw materials;
In the present invention, the inorganic material powder used as a raw material is a component that forms the skeleton of the finally produced ceramic, but must be nonmagnetic as a matter of course. This is because when a magnetic metal such as iron, cobalt, nickel, or manganese or a compound thereof is used, impurities cannot be removed using a magnet.
The non-magnetic inorganic material powder is not particularly limited as long as it is non-magnetic. In principle, powders of various non-magnetic metals or compounds thereof can be used. From the viewpoint that the effects of the present invention are maximized, it is preferable to use aluminum nitride powder or alumina powder, and aluminum nitride powder is most suitable. That is, the aluminum nitride powder has a very high hardness and is most likely to cause abrasion of the steel transfer pipe.

また、上記の非磁性金属の粉末は、一般に、平均粒子径が5μm以下、特に0.5〜3μm程度の範囲にあることが、均一な粒度分布を有する顆粒を得る上で好適である。この平均粒径は、例えば、レーザー回折/散乱法による粒度分布測定装置により測定される。   The non-magnetic metal powder described above generally has an average particle size of 5 μm or less, particularly preferably in the range of about 0.5 to 3 μm, in order to obtain granules having a uniform particle size distribution. The average particle size is measured by, for example, a particle size distribution measuring device using a laser diffraction / scattering method.

上記の非磁性無機材料粉末と共に使用される溶媒は、スラリー調製及びスプレードライによる造粒に必須の成分であり、水、揮発性の有機溶媒などが使用される。なお、無機材料粉末がスラリー中で均一に分散しやすい有機溶媒を使用するのが好ましい。窒化アルミニウムのごとき耐水性において問題があるものに対しては、有機溶媒が好適に使用される。
このような有機溶媒としては、これに限定されるものではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等のケトン類;エタノ−ル、プロパノ−ル及びブタノ−ル等のアルコ−ル類;ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素類;あるいはトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン及びブロムクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類;などを例示することができ、これらの有機溶媒は、2種以上を混合して使用することもできる。
かかる有機溶媒は、例えば、得られるスラリーの25℃での粘度が0.02〜2000Pa・sの範囲となるような量で使用されることが好適であり、例えば、前述した非磁性無機材料100質量部当り、20〜200質量部の量で使用される。
The solvent used together with the non-magnetic inorganic material powder is an essential component for slurry preparation and granulation by spray drying, and water, a volatile organic solvent and the like are used. Note that it is preferable to use an organic solvent in which the inorganic material powder is easily dispersed uniformly in the slurry. For those having a problem in water resistance such as aluminum nitride, an organic solvent is preferably used.
Examples of such an organic solvent include, but are not limited to, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; alcohols such as ethanol, propanol and butanol; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; and halogenated hydrocarbons such as trichloroethylene, tetrachloroethylene, and bromochloromethane; and the like. Can also be used.
Such an organic solvent is preferably used in an amount such that the viscosity of the obtained slurry at 25 ° C. is in the range of 0.02 to 2000 Pa · s. It is used in an amount of 20 to 200 parts by weight per part by weight.

また、適宜使用される任意成分としては、セラミックの成形に使用される公知の配合剤、例えば、結合剤(バインダー)、界面活性剤、焼結助剤などを挙げることができる。   In addition, as the optional components appropriately used, known compounding agents used for molding a ceramic, for example, a binder, a surfactant, and a sintering aid can be exemplified.

結合剤は、顆粒を用いてのセラミックの成形に使用されるものであり、焼結に先立って、粒子がばらばらにならずに所定形状の成形体を成形するために使用されるものであり、従来公知の配合剤である。
このような結合剤の例としては、これに制限されるものではないが、一般に、ポリビニルブチラ−ル、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリエチルメタクリレ−ト、ポリ2−エチルヘキシルメタクリレ−ト、ポリブチルメタクリレ−ト、ポリアクリレ−ト、セルロ−スアセテ−トブチレ−ト、ニトロセルロ−ス、メチルセルロ−ス、ヒドロキシメチルセルロ−ス、ポリビニルアルコ−ル、ポリオキシエチレンオキサイド及びポリプロピレンオキサイド等の含酸素有機高分子体;石油レジン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の炭化水素系合成樹脂;ポリ塩化ビニ−ル;ワックス及びそのエマルジョン等の有機高分子体を使用することができ、これらは、2種以上を混合して使用することもできる。
かかる結合剤は、一般に、非磁性無機材料100質量部当り、0.1〜30重量部の量で使用することが、焼結前の成形を効果的に行う上で好ましい。
The binder is used for molding a ceramic using the granules, and is used for molding a molded article having a predetermined shape without particles falling apart before sintering, It is a conventionally known compounding agent.
Examples of such binders include, but are not limited to, generally polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, poly 2-ethylhexyl methacrylate. , Polybutyl methacrylate, polyacrylate, cellulose acetate butyrate, nitrocellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene oxide and polypropylene oxide Organic polymers; hydrocarbon-based synthetic resins such as petroleum resin, polyethylene, polypropylene, and polystyrene; polyvinyl chloride; organic polymers such as waxes and emulsions thereof; Can also be used as a mixture.
Generally, it is preferable to use the binder in an amount of 0.1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the nonmagnetic inorganic material in order to effectively perform molding before sintering.

界面活性剤は、スラリー中に非磁性無機材料粉末を均一に分散させるために使用するものであり、それ自体公知のものを使用することができるが、一般には、HLBが4.5〜18、特に6.0〜10.0の範囲にあるノニオン系界面活性剤が好適に使用される。尚、本発明におけるHLBは、デ−ビスの式により算出された値である。
このようなノニオン界面活性剤の例としては、カルボキシル化トリオキシエチレントリデシルエ−テル、ジグセリンモノオレ−ト、ジグリセリンモノステアレ−ト、カルボキシル化ヘプタオキシエチレントリデシルエ−テル、テトラグリセリンモノオレ−ト、ヘキサグリセリンモノオレ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレ−ト等をあげることができ、これらは、2種以上を混合して使用することも可能である。
かかる界面活性剤の使用量は、一般に、非磁性無機材材料粉末100質量部当り、0.01〜10質量部、特に0.02〜3.0質量部の範囲であることが好ましい。
The surfactant is used to uniformly disperse the nonmagnetic inorganic material powder in the slurry, and a surfactant known per se can be used. Generally, the surfactant has an HLB of 4.5 to 18, In particular, a nonionic surfactant in the range of 6.0 to 10.0 is preferably used. Note that HLB in the present invention is a value calculated by the Davis formula.
Examples of such nonionic surfactants include carboxylated trioxyethylene tridecyl ether, digserin monooleate, diglycerin monostearate, carboxylated heptaoxyethylene tridecyl ether, and tetraglycerin monoester. Oleate, hexaglycerin monooleate, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monooleate and the like can be mentioned, and these can be used in combination of two or more. It is possible.
In general, the amount of the surfactant to be used is preferably in the range of 0.01 to 10 parts by mass, particularly preferably 0.02 to 3.0 parts by mass, per 100 parts by mass of the nonmagnetic inorganic material powder.

さらに、焼結助剤は、セラミックを製造する際の焼結を促進させるために使用されるものであり、非磁性無機粉末の種類に応じて、それ自体公知のものを使用することができる。例えば、窒化アルミニウム粉末を使用する場合には、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属酸化物;酸化イットリウム、酸化ランタン等の希土類酸化物;アルミン酸カルシウム等の複合酸化物;などが焼結助剤として好適であり、窒化アルミニウム粉末との合計量中に占める割合で0.1〜10質量%の範囲で使用される。   Further, the sintering aid is used for accelerating sintering when producing the ceramic, and any known sintering aid can be used depending on the type of the nonmagnetic inorganic powder. For example, when aluminum nitride powder is used, alkaline earth metal oxides such as calcium oxide and strontium oxide; rare earth oxides such as yttrium oxide and lanthanum oxide; composite oxides such as calcium aluminate; It is suitable as an auxiliary agent, and is used in the range of 0.1 to 10% by mass in the total amount with the aluminum nitride powder.

スラリー調製;
上述した各種の原材料は、適宜、回転ボールミル等の混合装置を用いて混合することにより、非磁性無機材料粉末が均一に分布したスラリーが得られる。
得られたスラリーは、濾過されることが好ましく、スラリー中の粗粒分を除去した後、スラリータンクに一時的に保存される。この濾過により、後述する不純物除去工程で除去されにくい数100μm以上の不純物を取り除くことが可能となる。
Slurry preparation;
The above-described various raw materials are appropriately mixed by using a mixing device such as a rotary ball mill to obtain a slurry in which the nonmagnetic inorganic material powder is uniformly distributed.
The obtained slurry is preferably filtered. After removing coarse particles in the slurry, the slurry is temporarily stored in a slurry tank. By this filtration, it is possible to remove impurities of several hundred μm or more which are difficult to be removed in an impurity removing step described later.

尚、上記の濾過は、一般に、スラリーを目開きが10〜100μmの濾材を通すことにより行われる。
また、かかる濾過工程は、後述する不純物除去工程の前に行うこともできる。
このようにして、好適には25℃での粘度が0.02〜2000Pa・sの範囲にあるスラリーが得られる。この粘度が高すぎると、後述する不純物除去工程での除去効果が小さくなる。
In addition, the above-mentioned filtration is generally performed by passing the slurry through a filter medium having an opening of 10 to 100 μm.
Further, such a filtration step can be performed before an impurity removal step described later.
In this way, a slurry having a viscosity at 25 ° C. of preferably 0.02 to 2000 Pa · s is obtained. If the viscosity is too high, the effect of removing impurities in the below-described impurity removing step is reduced.

不純物の除去;
上記のようにしてスラリータンクに一時的に保存されたスラリーは、不純物除去工程に導入され、磁石と接触させることにより、スラリー中の磁性不純物が除去される。
即ち、上述した非磁性無機粉末、該無機粉末を含む原材料、さらにはスラリーの搬送配管はステンレススチール等のスチール製であり、このため、硬い非磁性無機粉末との接触によりスチール製の摩耗粉が不純物としてスラリー中に混入する。特にスラリーを供給する配管では、配管表面に大きな圧力が加わるため、摩耗粉が多く発生する。このため、本発明では、以下に述べるスプレードライ装置による造粒に先立って、該スラリーを磁石と接触するようにして流すことにより、磁性のスチール製摩耗粉を除去するわけである。この方法によれば、非磁性無機粉末の製造工程において混入する金属不純物も除去することが可能である。
Removal of impurities;
The slurry temporarily stored in the slurry tank as described above is introduced into an impurity removing step, and is brought into contact with a magnet to remove magnetic impurities in the slurry.
That is, the above-mentioned nonmagnetic inorganic powder, the raw material containing the inorganic powder, and the slurry conveying pipe are made of steel such as stainless steel, and therefore, due to contact with the hard nonmagnetic inorganic powder, steel wear powder is generated. Mixed into the slurry as impurities. Particularly in a pipe for supplying a slurry, a large pressure is applied to the pipe surface, so that a lot of abrasion powder is generated. For this reason, in the present invention, prior to granulation by a spray drying apparatus described below, the slurry is made to flow in contact with a magnet to remove magnetic steel wear powder. According to this method, it is also possible to remove metal impurities mixed in the production process of the nonmagnetic inorganic powder.

スラリーと磁石との接触は、例えばスラリーをマグネットフィルターを通すことにより容易に行うことができる。このマグネットフィルターには、鉄や、クロム、ニッケルなど、ステンレススチールに由来する磁性金属が付着していることが確認されている。
マグネットフィルターは、好ましくは4000ガウス以上、磁性の弱いステンレスを除去するために、さらに好ましくは6000ガウス以上の磁束密度以上の磁場を形成するものである。
マグネットフィルターの構造については、何等制限されず、ケーシング内にマグネットバーを備えたものが一般的である。ケーシング内に導入されたスラリーがマグネットバーに接触、金属不純物が付着する。このようなマグネットフィルターは、ダイカ(株)製のダイアスラーシリーズ、(株)テクノプラン製のHCPBシリーズが挙げられる。
上記マグネットバーの設置は、前記磁力を勘案して磁石がスラリー中の磁性金属分に作用しうる間隔となるように、適宜決定される。
スラリーがマグネットに接触する際の流速は、金属の除去効率が高く、処理効率が高い観点から、好ましくは、0.1〜50L/min、1〜40L/minである。
The contact between the slurry and the magnet can be easily performed, for example, by passing the slurry through a magnet filter. It has been confirmed that a magnetic metal derived from stainless steel, such as iron, chromium, and nickel, adheres to this magnet filter.
The magnet filter preferably forms a magnetic field having a magnetic flux density of 6000 gauss or more, preferably 6000 gauss or more, for removing stainless steel having weak magnetic properties.
The structure of the magnet filter is not limited at all, and a magnet provided with a magnet bar in a casing is generally used. The slurry introduced into the casing comes into contact with the magnet bar, and metal impurities adhere. Examples of such a magnet filter include a Diasler series manufactured by Daika Co., Ltd. and an HCPB series manufactured by Technoplan Co., Ltd.
The installation of the magnet bar is appropriately determined in consideration of the magnetic force so that the magnet has an interval capable of acting on the magnetic metal component in the slurry.
The flow rate when the slurry comes into contact with the magnet is preferably 0.1 to 50 L / min and 1 to 40 L / min from the viewpoint of high metal removal efficiency and high processing efficiency.

先にも述べたが、本発明においては、スラリーを磁石と接触させるため、磁性金属の摩耗粉を極めて効果的に除去することができる。以下に述べるスプレードライによる造粒を行った後の磁石との接触では、粒状物と磁石との接触が密にならず、このため、磁性の摩耗粉の除去を効果的に行うことができない。   As described above, in the present invention, since the slurry is brought into contact with the magnet, abrasion powder of the magnetic metal can be removed very effectively. In the following contact with the magnet after granulation by spray drying, the contact between the granular material and the magnet does not become dense, so that it is not possible to effectively remove magnetic wear powder.

従って、本発明では、磁石を用いた不純物の除去を、スラリーがスプレードライ装置に導入される直前に行い、不純物が除去された後のスラリーと搬送配管との接触を極力回避すべきである。例えば、マグネットフィルターを通過した後のスラリーをスプレードライ装置に供給するための配管の長さを2m以内、好ましくは1m以内とするか、テフロンチューブのような非金属製のものを使用するのが好ましい。これにより、スラリーとの配管との接触による新たな摩耗粉の発生量を有効に抑制することができる。   Therefore, in the present invention, the removal of impurities using a magnet should be performed immediately before the slurry is introduced into the spray drying apparatus, and contact between the slurry after the removal of the impurities and the transport pipe should be avoided as much as possible. For example, the length of the piping for supplying the slurry after passing through the magnet filter to the spray drying apparatus is within 2 m, preferably within 1 m, or a non-metallic material such as a Teflon tube is used. preferable. Thus, the amount of new wear powder generated due to the contact of the slurry with the pipe can be effectively suppressed.

造粒;
上記のようにして磁性摩耗粉が除去されたスラリーは、スプレードライ装置に導入される。
スラリーが導入されるスプレードライ装置では、その上部からスラリーが適宜加熱された乾燥気流(例えば空気や窒素ガス)中に噴霧され、これにより溶媒が除去され、無機化合物を含む粒状物が得られる。得られた粒状物は、下方から排出される。
Granulation;
The slurry from which the magnetic wear powder has been removed as described above is introduced into a spray drying device.
In a spray drying apparatus into which the slurry is introduced, the slurry is sprayed from above into a suitably heated dry air stream (for example, air or nitrogen gas), whereby the solvent is removed, and a granular material containing an inorganic compound is obtained. The obtained granules are discharged from below.

流動化処理;
上記のようにして微粉が混合された粒状物は、乱流の気体中に顆粒を滞留させる工程(流動化工程)に供給し、流動性の向上、顆粒物の強度向上及び顆粒物と微粉との更なる均一化を図ることが好ましい。
セラミック製造用顆粒として、窒化アルミニウム顆粒を例に取ると、この流動化に用いる気体は、窒化アルミニウム粉末や結合剤等の添加剤と実質的に反応しない気体であることが好ましく、例えば、空気、酸素、窒素などが挙げられる。また、供給される気体の風速は、顆粒の流動化に必要な風速であれば良い。顆粒の流動化に必要な風速は、例えば、化学工学協会編「化学工学便覧改訂4版」の176頁記載の流動化開始速度の式と1056頁記載の終末速度の式で計算される値の範囲から任意に選択される。また、顆粒物の滞留時間は、1分〜36時間の範囲から選ぶことが好ましい。供給される気体の温度は、任意の温度が採用されるが、適当な破壊強度を有する窒化アルミニウム顆粒を得る為に、0〜250℃の範囲から選択することが好ましい。この流動化工程により、スプレードライヤー下から補修された顆粒とサイクロンで捕集された微粉が均一に混合される。また、顆粒物の流動性、強度を調整することができる。
Fluidization treatment;
The particulate matter mixed with the fine powder as described above is supplied to a step of accumulating the granules in a turbulent gas (fluidization step) to improve the fluidity, the strength of the granular substance, and the renewal of the granular substance and the fine powder. It is preferable to achieve uniformity.
Taking aluminum nitride granules as an example of the granules for ceramic production, the gas used for the fluidization is preferably a gas that does not substantially react with additives such as aluminum nitride powder and a binder, for example, air, Oxygen, nitrogen and the like can be mentioned. Further, the wind speed of the supplied gas may be any wind speed required for fluidizing the granules. The wind speed required for fluidization of the granules is, for example, the value of the value calculated by the formula of the fluidization start speed described on page 176 and the formula of the terminal speed described on page 1056 of “Chemical Engineering Handbook Revised 4th Edition” edited by the Society of Chemical Engineers. Arbitrarily selected from the range. The residence time of the granules is preferably selected from the range of 1 minute to 36 hours. The temperature of the supplied gas may be any temperature, but is preferably selected from the range of 0 to 250 ° C. in order to obtain aluminum nitride granules having an appropriate breaking strength. By this fluidization step, the granules repaired from under the spray dryer and the fine powder collected by the cyclone are uniformly mixed. In addition, the fluidity and strength of the granules can be adjusted.

流動化工程を経て得られた顆粒は、適宜、篩にかけられ、これにより、さらに粗粒分が除去され、例えば、所定の平均粒径及び微粒子含量を有する本発明のセラミック製造用顆粒として回収される。   The granules obtained through the fluidization step are appropriately sieved, whereby coarse particles are further removed, for example, recovered as the granules for ceramic production of the present invention having a predetermined average particle diameter and fine particle content. You.

尚、スプレードライ装置から排出された造粒物の搬送配管としては、造粒から流動化工程までの間隔が短く、また、スラリーとの接触のように多量の摩耗粉を発生することもないので、ステンレススチール製であってもよいが、摩耗粉の混入を極力防止し、高純度の顆粒を得るためには、その配管内面は、アルミナ等のセラミックコーティングされていることが好適である。   In addition, as a conveyance pipe for the granulated matter discharged from the spray drying apparatus, the interval from the granulation to the fluidization step is short, and a large amount of abrasion powder is not generated unlike contact with the slurry. Although it may be made of stainless steel, the inner surface of the pipe is preferably coated with a ceramic such as alumina in order to minimize mixing of wear powder and obtain high-purity granules.

上記のようにして得られたセラミック製造用顆粒は、例えば、所定の型内に充填されてのプレス成形により所望の形状に成形され、次いで、用いた非磁性無機材料の種類に応じての加熱により焼結され(例えば窒化アルミニウムの場合で1600℃以上)、最終目的であるセラミックが得られる。   The granules for ceramic production obtained as described above are molded into a desired shape by, for example, press molding filled in a predetermined mold, and then heated according to the type of nonmagnetic inorganic material used. (For example, at 1600 ° C. or more in the case of aluminum nitride) to obtain a ceramic as a final object.

本発明の製造方法により得られるセラミック製造用顆粒では、無機材料粉末、及びそれを用いたスラリー搬送配管等の摩耗による磁性金属摩耗粉の混入が有効に抑制されており、このような不純物の混入に起因する最終製品であるセラミックの品質低下が有効に回避される。
例えば、原材料の無機粉末として窒化アルミニウム粉末を用いた場合、最終製品であるセラミックは極めて高品質であり、各種電子機器の回路基板や放熱板として、広く使用される。
In the granules for ceramic production obtained by the production method of the present invention, the mixing of the inorganic material powder and the magnetic metal abrasion powder due to the abrasion of the slurry conveying pipe or the like using the same is effectively suppressed, and the mixing of such impurities Therefore, deterioration of the quality of the ceramic as a final product due to the above is effectively avoided.
For example, when aluminum nitride powder is used as the inorganic powder of the raw material, the final product, ceramic, has extremely high quality, and is widely used as a circuit board or a heat sink of various electronic devices.

本発明をさらに具体的に説明するために、以下に実施例及び比較例を揚げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples and Comparative Examples will be described below in order to more specifically describe the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.

<実施例1>
アルミナ還元窒化法で作られた窒化アルミニウム粉末(HグレードNo.1)100重量部に焼結助剤としてイットリア5重量部、結合剤としてポリメタクリル酸ブチルを5重量部、分散剤としてジグセリンモノオレ−トを0.5重量部、溶剤としてトルエン120部をナイロン製の回転ボールミル中で、ナイロンで被覆された鋼球を用いて約一晩混合し、窒化アルミニウムスラリー約200kgを得た。このスラリーの粘度は約10mPa・sであった。
<Example 1>
5 parts by weight of yttria as a sintering aid, 5 parts by weight of polybutyl methacrylate as a binder, and digserin mono as a dispersant are added to 100 parts by weight of aluminum nitride powder (H grade No. 1) produced by the alumina reduction nitriding method. 0.5 parts by weight of oleate and 120 parts of toluene as a solvent were mixed in a nylon ball mill for about overnight using steel balls coated with nylon to obtain about 200 kg of aluminum nitride slurry. The viscosity of this slurry was about 10 mPa · s.

このスラリーを外径60ミリ、長さ250ミリ、濾過精度50ミクロンのビスコースレーヨン製の糸巻タイプのフィルタエレメントに圧送し、精製スラリーを得た後、ポンプにより8mのステンレス製配管を経てスプレードライヤーに移送した。   This slurry is pressure-fed to a viscose rayon thread-wound type filter element having an outer diameter of 60 mm, a length of 250 mm, and a filtration accuracy of 50 μm to obtain a purified slurry. Transferred to.

上記スプレードライヤーの投入前0.8mに10000ガウスのマグネットフィルターを設置しこれを通過させた後、スプレードライにより窒化アルミニウム顆粒を作製した。その顆粒を用いて乾式プレス法により、窒化アルミニウム成形体を作成し、ついで脱脂、焼結し、直径200mm、厚さ2mmの焼結体30枚を作成した。その焼結体の表面を研磨後、目視にて黒点、白点の異物の有無を確認した結果、30枚全てにその存在は認められなかった。
また、マグネットフィルターに付着したものをX線マイクロアナライザーで分析したところ、Fe、Ni、Crが含まれることが確認された。その重量は0.8gであった。
A magnet filter of 10,000 gauss was set at 0.8 m before being put into the spray dryer and passed therethrough, and then aluminum nitride granules were produced by spray drying. Using the granules, a dry pressing method was used to prepare an aluminum nitride molded body, which was then degreased and sintered to produce 30 sintered bodies having a diameter of 200 mm and a thickness of 2 mm. After polishing the surface of the sintered body, the presence or absence of foreign matter having black spots and white spots was visually confirmed.
Further, when the matter attached to the magnet filter was analyzed with an X-ray microanalyzer, it was confirmed that Fe, Ni, and Cr were contained. Its weight was 0.8 g.

<比較例1>
実施例1において、マグネットフィルターを通過させない以外は、実施例1と同様にして、窒化アルミニウム顆粒を作製した。その顆粒を用いて乾式プレス法により、窒化アルミニウム成形体を作成し、ついで脱脂、焼結し、直径200mm、厚さ2mmの焼結体30枚を作成した。その焼結体の表面を研磨後、目視にて黒点、白点の異物の有無を確認した結果、30枚中2枚にその存在が認められた。
<Comparative Example 1>
Aluminum nitride granules were produced in the same manner as in Example 1 except that the particles were not passed through the magnet filter. Using the granules, a dry pressing method was used to prepare an aluminum nitride molded body, which was then degreased and sintered to produce 30 sintered bodies having a diameter of 200 mm and a thickness of 2 mm. After polishing the surface of the sintered body, the presence or absence of black spots and white spots was visually confirmed. As a result, the presence of the spots was recognized in 2 out of 30 sheets.

Claims (4)

非磁性無機材料粉末および溶媒を含む混合物よりなるスラリーを用意するスラリー調製工程、該スラリーをスプレードライ装置に導入して造粒する工程を含む、セラミック製造用顆粒の製造方法において、
前記スラリーがスプレードライ装置に導入される直前に、該スラリーを磁石に接触させて、該スラリー中に含まれる磁性金属不純物を取り除く不純物除去工程が設けられていることを特徴とする、セラミック製造用顆粒の製造方法。
A slurry preparing step of preparing a slurry comprising a mixture containing a non-magnetic inorganic material powder and a solvent, including a step of introducing the slurry into a spray-drying apparatus and granulating the same, in a method for producing granules for ceramic production,
Immediately before the slurry is introduced into a spray drying apparatus, an impurity removing step of contacting the slurry with a magnet to remove magnetic metal impurities contained in the slurry is provided. A method for producing granules.
前記不純物除去工程に先立って、目開き10〜100μmの濾材で前記スラリーを濾過する濾過工程が設けられている、請求項1に記載のセラミック製造用顆粒の製造方法。   2. The method for producing granules for ceramic production according to claim 1, wherein a filtration step of filtering the slurry with a filter medium having an aperture of 10 to 100 μm is provided prior to the impurity removing step. 3. 前記不純物除去工程に導入されるスラリーの粘度(20℃)が、0.02〜2000mPa・sである、請求項1または2に記載のセラミック製造用顆粒の製造方法。   The method for producing granules for ceramic production according to claim 1 or 2, wherein the viscosity (20 ° C) of the slurry introduced into the impurity removal step is 0.02 to 2000 mPa · s. 前記非磁性無機材料が窒化アルミニウムである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミック製造用顆粒の製造方法。   The method for producing granules for ceramic production according to any one of claims 1 to 3, wherein the nonmagnetic inorganic material is aluminum nitride.
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