JP2890866B2 - Method for producing fine α-alumina powder - Google Patents

Method for producing fine α-alumina powder

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、硬度および研磨性に優
れた均一で微細なα−アルミナ粉末の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a uniform and fine .alpha.-alumina powder excellent in hardness and abrasiveness.

【0002】[0002]

【従来技術とその課題】アルミナ(Al2O3)は、その用
途の一つとして研削材や研磨材として現在広く用いられ
ている。この研磨材用のアルミナとしては硬度の大きな
α−アルミナ(モース硬度9)が用いられる。この研磨
材用のアルミナ粉末については、最近、精密研磨が要求
されるのに伴い、従来のものより一層均一で微細な粉末
が必要とされている。具体的には比表面積10m2/g以上、
比表面積径0.15μm以下の微細なα−アルミナ粉末が求
められている。ところが、従来はこのような微細なα−
アルミナを製造することは困難であった。
2. Description of the Related Art Alumina (Al 2 O 3 ) is currently widely used as an abrasive or abrasive as one of its uses. As the alumina for the abrasive, α-alumina having a high hardness (Mohs hardness 9) is used. With regard to the alumina powder for the abrasive, recently, with the demand for precise polishing, a powder which is more uniform and finer than the conventional one is required. Specifically, the specific surface area is 10 m 2 / g or more,
A fine α-alumina powder having a specific surface area of 0.15 μm or less has been demanded. However, conventionally, such a fine α-
It was difficult to produce alumina.

【0003】従来のα−アルミナ粉末の製造方法は、バ
イヤー法と呼ばれるアルミン酸ナトリウムを酸で中和し
て水酸化アルミニウムとし、これを高温(1200℃以上)
で焼成するのが一般的である。しかしこの製造方法で
は、水酸化アルミニウムを生成させてこれを1200℃以上
で長時間加熱焼成するので、得られたアルミナ粒子の大
きさは不均一で、しかも該粒子は粒子相互の焼結が起こ
り、比表面積10m2/g未満の粗大なものになる。また他の
製造方法として、アルミニウム・アルコキシド、例えば
アルミニウム・イソプロポキシドの加水分解によって水
酸化アルミニウムを生成し、これを高温で加熱処理する
ことによりα−アルミナ粒子を得る方法が知られてい
る。しかし、この方法でも粒子を高温で焼成するため、
粉末粒度が大きくなる。また、アルミナ粒子の研磨性は
硬度の大きなα−アルミナによって発揮されるので研磨
性が優れるためにはアルミナ粒子の大部分がα−アルミ
ナでなければならず、かつその結晶度が高いことが必要
である。従ってX線回折において、α−アルミナ相だけ
が検出されても、そのX線強度が高くなければ研磨性に
劣る。このように現在のところ、比表面積10m2/g以上、
比表面積径0.15μm以下の研磨性に優れた微細なα−ア
ルミナ粉末は得られていない。
In a conventional method for producing α-alumina powder, sodium hydroxide, which is called the Bayer method, is neutralized with an acid to form aluminum hydroxide, which is heated to a high temperature (1200 ° C. or higher).
It is common to bake with. However, in this manufacturing method, aluminum hydroxide is generated and is heated and calcined at 1200 ° C. or more for a long time, so that the size of the obtained alumina particles is not uniform, and the particles are mutually sintered. , It becomes coarse with a specific surface area of less than 10 m 2 / g. As another production method, there is known a method of producing aluminum hydroxide by hydrolysis of aluminum alkoxide, for example, aluminum isopropoxide, and subjecting this to heat treatment at a high temperature to obtain α-alumina particles. However, even in this method, the particles are fired at a high temperature,
The powder particle size increases. In addition, since the abrasiveness of alumina particles is exhibited by α-alumina having a high hardness, most of the alumina particles must be α-alumina and have high crystallinity in order to have excellent abrasiveness. It is. Therefore, in X-ray diffraction, even if only the α-alumina phase is detected, the polishing property is poor unless the X-ray intensity is high. Thus, at present, the specific surface area is 10 m 2 / g or more,
Fine α-alumina powder having a specific surface area diameter of 0.15 μm or less and excellent in polishing properties has not been obtained.

【0004】[0004]

【課題の解決手段:発明の構成】本発明は、比表面積10
m2/g以上、比表面積径0.15μm以下の微細な研磨性に優
れたα−アルミナ粉末の製造方法を提供することを目的
とする。本発明によれば、塩化アルミニウム水溶液と炭
酸アンモニウム水溶液または炭酸水素アンモニウム水溶
液とを混合して得られる酸化アルミニウム水和物または
水酸化アルミニウムを回収後、該酸化アルミニウム水和
物または水酸化アルミニウムに微細なシリカ粉末を酸化
アルミニウムに対して0.5〜5.0wt%加えて加熱焼成する
ことにより微細なα−アルミナ粉末を製造することを特
徴とする方法が提供される。
[MEANS FOR SOLVING PROBLEMS: Structure of the Invention]
An object of the present invention is to provide a method for producing α-alumina powder having a fine surface property of not less than m 2 / g and a specific surface area of not more than 0.15 μm and excellent in polishing properties. According to the present invention, after collecting an aluminum oxide hydrate or aluminum hydroxide obtained by mixing an aluminum chloride aqueous solution and an ammonium carbonate aqueous solution or an ammonium hydrogen carbonate aqueous solution, the aluminum oxide hydrate or the aluminum hydroxide is finely divided. A fine silica powder is added to aluminum oxide in an amount of 0.5 to 5.0 wt%, followed by heating and calcining to produce fine α-alumina powder.

【0005】本発明で用いる塩化アルミニウム水溶液お
よび炭酸アンモニウム水溶液の濃度、両溶液の混合モル
比、反応温度、塩化アルミニウム水溶液の滴下時間の好
ましい範囲の一例を次表に示す。 塩化アルミニウム濃度 : 0.5〜3.0 mol/l 炭酸アンモニウム濃度 : 0.5〜3.0 mol/l 炭酸アンモニウム/塩化アルミニウムの混合モル比 :
1〜2 反応温度 : 室温〜80℃ 塩化アルミニウム水溶液滴下時間 : 10 分 〜 1
時間
[0005] The following table shows an example of the preferred ranges of the concentrations of the aqueous aluminum chloride solution and the aqueous ammonium carbonate solution, the molar mixture ratio of the two solutions, the reaction temperature, and the dropping time of the aqueous aluminum chloride solution used in the present invention. Aluminum chloride concentration: 0.5-3.0 mol / l Ammonium carbonate concentration: 0.5-3.0 mol / l Mixture molar ratio of ammonium carbonate / aluminum chloride:
1-2 Reaction temperature: room temperature to 80 ° C Aluminum chloride aqueous solution dripping time: 10 minutes to 1
time

【0006】酸化アルミニウム水和物あるいは水酸化ア
ルミニウムからα−アルミナに変化するときは、α−ア
ルミナの核がまず最初にでき、これが成長する形でα化
が進む、従って、そのままα化するとα−アルミナ粒子
が大きくなるのは避けられない。これに対し、シリカを
添加するとα−アルミナの粗粒化が防止される。これは
シリカも核になると考えられ、このシリカの核が多数存
在するためにα−アルミナの粒成長が抑えられると推定
される。本発明におけるシリカの添加量は0.5wt%以下
では効果がなく、α−アルミナになったときにその比表
面積径が0.15μm以上となる。またシリカの添加量が5.0
wt%以上では、比表面積径で0.15μm以下のものが得ら
れるが、結晶性が悪く、かつ、α−アルミナに転換する
のに1300℃以上の高温が必要となるので経済的な面から
みても好ましくない。
When aluminum oxide hydrate or aluminum hydroxide is converted to α-alumina, α-alumina nuclei are first formed, and the α-alumina grows in the form of α-alumina. -Alumina particles are inevitably large. On the other hand, when silica is added, coarsening of α-alumina is prevented. This is considered that silica also becomes a nucleus, and it is presumed that the grain growth of α-alumina is suppressed due to the presence of many silica nuclei. When the amount of silica added in the present invention is 0.5 wt% or less, there is no effect, and when it becomes α-alumina, its specific surface area diameter becomes 0.15 μm or more. The amount of silica added is 5.0
If the content is not less than wt%, a specific surface area diameter of 0.15 μm or less can be obtained, but the crystallinity is poor, and a high temperature of 1300 ° C. or more is required to convert to α-alumina. Is also not preferred.

【0007】通常、酸化アルミニウムの水和物あるいは
水酸化アルミニウムからα−アルミナへの転換は、1100
〜1300℃の高温で焼成することにより行われる。焼成に
かかる時間は低温であると長時間にわたり、高温である
と短時間ですむ。しかし、何れにおいてもシリカを添加
していないと、α−アルミナになったとき、α−アルミ
ナ粒子の粒成長が起こり比表面積径が0.15μm以上にな
る。また仮に比表面積径が0.15μm以下になっても、そ
の結晶性は悪い。1100℃以下の低温または高温でも短時
間焼成した時は比表面積径が0.15μm以下のものが得ら
れるが、これは完全にα化しておらずα−アルミナ以外
の形で残存しているか、または結晶性が低く、研磨性に
劣る。すなわち、X線回折においてα−アルミナのピー
クが高く比表面積径が0.15μm以下の粉末を得ることは
難しい。焼成後のα−アルミナ粉末は弱い凝集状態にな
るが、軽くほぐすことによって所要の微細のα−アルミ
ナ粉末が得られる。
[0007] Usually, the conversion of aluminum oxide hydrate or aluminum hydroxide to α-alumina is 1100
It is performed by firing at a high temperature of ~ 1300 ° C. The time required for sintering is long at low temperatures, and short at high temperatures. However, when silica is not added in any case, when α-alumina is formed, α-alumina particles grow and the specific surface area becomes 0.15 μm or more. Even if the specific surface area becomes 0.15 μm or less, the crystallinity is poor. When calcined for a short time at a low or high temperature of 1100 ° C or less, a specific surface area diameter of 0.15 μm or less is obtained, but this is not completely α-formed and remains in a form other than α-alumina, or Low crystallinity and poor polishing. That is, it is difficult to obtain a powder having a high specific surface area of 0.15 μm or less in the peak of α-alumina in X-ray diffraction. Although the α-alumina powder after sintering is in a weakly agglomerated state, a required fine α-alumina powder can be obtained by lightly loosening.

【0008】本発明では以上のように、塩化アルミニウ
ム水溶液と炭酸アンモニウム水溶液または炭酸水素アン
モニウム水溶液とを混合して得られる酸化アルミニウム
の水和物あるいは水酸化アルミニウムにシリカを加えて
乾燥、焼成することにより、α−アルミナ粒子の粒成長
が抑えられα−アルミナ結晶性が高く、そしてなおかつ
比表面積径が0.15μm以下の微細な粉末を得ることを可
能にしたのである。
In the present invention, as described above, silica is added to a hydrate of aluminum oxide or aluminum hydroxide obtained by mixing an aqueous solution of aluminum chloride and an aqueous solution of ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate, followed by drying and firing. Thus, the growth of α-alumina particles is suppressed, α-alumina crystallinity is high, and a fine powder having a specific surface area of 0.15 μm or less can be obtained.

【0009】酸化アルミニウムの水和物あるいは水酸化
アルミニウムを得るには、アルミン酸ナトリウムを酸で
中和する方法や、塩化アルミニウムに水酸化ナトリウム
あるいは水酸化カリウム等のアルカリで調整する方法に
よっても可能である。しかしアルミン酸ナトリウムを酸
で中和する方法ではナトリウムの残渣が避けられず、シ
リカを添加したときの粒成長制御の効果が無い。また塩
化アルミニウムを出発物質として用いても、水酸化ナト
リウムあるいは水酸化カリウム等のアルカリで調整する
方法によると、生成する粒子は不均一で微細な粒子だけ
でなく粗大な粒子が混在するようになる。研磨用として
は、比表面積径が0.15μm以上のα−アルミナ粉末では
粒径が大きく被研磨面に傷がつき易い。従って、粉末の
粒子径は、比表面積径で0.15μm以下にすることが必要
である。α化の進んでいないアルミナ粉末を用いて金属
アルミニウム板の研磨を行ったところその研磨速度は遅
く、また比表面積径が0.15μm以上の粉末では被研磨面
に傷がついた。一方、本発明による微細なα−アルミナ
粉末を用いた場合には研磨速度は2倍になり、かつ被研
磨面には傷がつかず、平滑な面が得られた。なお、本発
明によるα−アルミナは必然的にシリカを含有するた
め、高純度を要するセラミックス原料としては用いられ
ないが、研磨材用にはシリカを含んでいても問題はな
い。
A hydrate of aluminum oxide or aluminum hydroxide can be obtained by a method of neutralizing sodium aluminate with an acid or a method of adjusting aluminum chloride with an alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. It is. However, in the method of neutralizing sodium aluminate with an acid, a residue of sodium cannot be avoided, and there is no effect of controlling the grain growth when silica is added. In addition, even if aluminum chloride is used as a starting material, according to the method of adjusting with alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, the generated particles include not only uneven and fine particles but also coarse particles. . For polishing, α-alumina powder having a specific surface area diameter of 0.15 μm or more has a large particle diameter and the surface to be polished is easily damaged. Therefore, the particle diameter of the powder needs to be 0.15 μm or less in terms of specific surface area. When a metal aluminum plate was polished using alumina powder which had not been pregelatinized, the polishing rate was low. When the powder had a specific surface area of 0.15 μm or more, the surface to be polished was damaged. On the other hand, when the fine α-alumina powder according to the present invention was used, the polishing rate was doubled, and the surface to be polished was not damaged and a smooth surface was obtained. The α-alumina according to the present invention inevitably contains silica, so that it is not used as a ceramic raw material requiring high purity, but there is no problem even if silica is contained for an abrasive.

【0010】以下に本発明の実施例および比較例を示
す。
Examples of the present invention and comparative examples are shown below.

【実施例】市販の塩化アルミニウム89gを水300mlに溶か
し、これを炭酸アンモニウム108gを水1000mlに溶かした
ものに加えた後に、固液分離することによって得られる
酸化アルミニウムの水和物あるいは水酸化アルミニウム
に、0.6gのシリカ(日本アエロジル社製、アエロジルN
o.200)を添加して、良く練りこんだ後に120℃で乾燥さ
せたものをアルミナ坩堝に入れ、電気炉にて1200℃で6
時間焼成した。得られた粉末の比表面積径は0.08μmで
あり、X線回折ではα相のピークのみが得られ、そのX
線強度は0.2μm以上の粒径を有するものの80%であっ
た。
EXAMPLE A solution of 89 g of commercially available aluminum chloride in 300 ml of water, added to a solution of 108 g of ammonium carbonate in 1000 ml of water, and then subjected to solid-liquid separation to obtain a hydrate of aluminum oxide or aluminum hydroxide And 0.6g of silica (Aerosil N, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.)
o.200), kneaded well, dried at 120 ° C, placed in an alumina crucible, and placed in an electric furnace at 1200 ° C for 6 hours.
Fired for hours. The specific surface area diameter of the obtained powder was 0.08 μm, and only a peak of α phase was obtained by X-ray diffraction.
The linear strength was 80% of those having a particle size of 0.2 μm or more.

【比較例】市販の塩化アルミニウム89gを水300mlに溶か
し、これを炭酸アンモニウム108gを水1000mlに溶かした
ものに加えた後に、固液分離することによって得られる
酸化アルミニウムの水和物あるいは水酸化アルミニウム
を、120℃で乾燥させたものをアルミナるつぼに入れ、
電気炉にて1200℃で6時間焼成した。得られた粉末は、
X線回折ではα相のピークのみが得られたが、比表面積
径は0.19μmであった。
Comparative Example 89 g of commercially available aluminum chloride was dissolved in 300 ml of water, added to a solution of 108 g of ammonium carbonate in 1000 ml of water, and then subjected to solid-liquid separation to obtain a hydrate of aluminum oxide or aluminum hydroxide. Was put in an alumina crucible dried at 120 ° C.
It was baked at 1200 ° C. for 6 hours in an electric furnace. The resulting powder is
In X-ray diffraction, only the peak of the α phase was obtained, but the specific surface area diameter was 0.19 μm.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、塩化アルミ
ニウム水溶液と炭酸アンモニウム水溶液あるいは炭酸水
素アンモニウム水溶液を混合して得られた酸化アルミニ
ウム水和物あるいは水酸化アルミニウムに、シリカを加
えて乾燥、焼成することにより、生成するα−アルミナ
粉末の粒成長を抑えて、該α−アルミナ粉末の比表面積
径が0.07〜0.15μmで、かつ研磨性に優れた微細なα−
アルミナ粉末を得ることができる。
According to the production method of the present invention, silica is added to aluminum oxide hydrate or aluminum hydroxide obtained by mixing an aqueous solution of aluminum chloride and an aqueous solution of ammonium carbonate or ammonium hydrogen carbonate, followed by drying. By firing, the grain growth of the generated α-alumina powder is suppressed, and the specific surface area of the α-alumina powder is 0.07 to 0.15 μm, and the fine α-
Alumina powder can be obtained.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 塩化アルミニウム水溶液と炭酸アンモニ
ウム水溶液または炭酸水素アンモニウム水溶液とを混合
して得られる酸化アルミニウム水和物または水酸化アル
ミニウムを回収後、該酸化アルミニウム水和物または水
酸化アルミニウムに微細なシリカ粉末を酸化アルミニウ
ムに対して0.5〜5.0wt%加えて加熱焼成することにより
微細なα−アルミナ粉末を製造することを特徴とする方
法。
An aluminum oxide hydrate or aluminum hydroxide obtained by mixing an aqueous solution of aluminum chloride and an aqueous solution of ammonium carbonate or aqueous ammonium hydrogen carbonate is recovered, and then finely divided into the aluminum oxide hydrate or aluminum hydroxide. A method characterized in that a fine α-alumina powder is produced by adding 0.5 to 5.0 wt% of silica powder to aluminum oxide and calcining by heating.
【請求項2】 上記加熱焼成温度が1,100〜1,300℃であ
る請求項1の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the heating and firing temperature is from 1,100 to 1,300 ° C.
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