JP3012925B2 - Method for producing easily sinterable yttrium aluminum garnet powder - Google Patents

Method for producing easily sinterable yttrium aluminum garnet powder

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JP3012925B2
JP3012925B2 JP10226512A JP22651298A JP3012925B2 JP 3012925 B2 JP3012925 B2 JP 3012925B2 JP 10226512 A JP10226512 A JP 10226512A JP 22651298 A JP22651298 A JP 22651298A JP 3012925 B2 JP3012925 B2 JP 3012925B2
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yttrium
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aluminum garnet
powder
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隆康 池上
紀子 齋藤
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科学技術庁無機材質研究所長
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、疑似アル
コキシド法による易焼結性のイットリウムアルミニウム
ガーネット粉末の製造方法に関するものである。さらに
詳しくは、この出願の発明は、Na発光管、レーザーホ
スト材料、さらにはシンチレータ等の発振用あるいは発
光用の光学材料等の透光性焼結体や透明焼結体、また、
耐食性材料等の高級セラミックス原料粉としても有用
な、易焼結性のイットリウムアルミニウムガーネット粉
末の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder by a pseudo alkoxide method. More specifically, the invention of this application is a translucent sintered body or a transparent sintered body such as a Na arc tube, a laser host material, and an optical material for oscillation or light emission such as a scintillator,
The present invention relates to a method for producing an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder which is also useful as a high-grade ceramic raw material powder such as a corrosion-resistant material.

【0002】[0002]

【従来の技術】イットリウムアルミニウムガーネット
は、レーザーホスト材料やシンチレータ等の発振用ある
いは発光用の光学材料としての応用が期待され、主とし
て単結晶材料が用いられてきた。そして近年、より安価
とすることのできるセラミックス製造法により作製され
た多結晶のイットリウムアルミニウムガーネットが注目
されるようになった。このイットリウムアルミニウムガ
ーネットは、上記の通りに、主な用途が光学材料である
ため、気孔を完全に取り除いた透明度の高い焼結体とし
て製造されなければならず、この実現のために、反応
性、易焼結性、そして均一性に優れた原料粉末の開発が
必要になっている。
2. Description of the Related Art Yttrium aluminum garnet is expected to be applied as an optical material for oscillation or light emission such as a laser host material or a scintillator, and a single crystal material has been mainly used. In recent years, attention has been paid to polycrystalline yttrium aluminum garnet manufactured by a ceramic manufacturing method that can be made more inexpensive. As described above, this yttrium aluminum garnet has to be manufactured as a highly transparent sintered body in which pores have been completely removed because the main use is an optical material. There is a need to develop raw material powders that are excellent in sinterability and uniformity.

【0003】イットリウムアルミニウムガーネット多結
晶体の製造方法としては、従来では、イットリウムイオ
ンとアルミニウムイオンを含む酸性溶液にアンモニアを
加えて水酸化イットリウムと水酸化アルミニウムを共沈
させ、次いで乾燥、仮焼した後に成形し、焼結して製造
する方法が知られている。しかしながら、上記従来法で
は、母液から混入する不純物イオンを取り除くために共
沈した沈澱を洗浄すると、ゼリー状になり、ろ過が難し
くなると同時に、ろ過した沈澱を仮焼すると、微細な一
次粒子が強固に結合して大きな凝集粒子を形成するとい
う問題があった。
[0003] As a method for producing yttrium aluminum garnet polycrystal, conventionally, ammonia was added to an acidic solution containing yttrium ion and aluminum ion to coprecipitate yttrium hydroxide and aluminum hydroxide, followed by drying and calcining. There is known a method of manufacturing by molding and sintering later. However, according to the above-mentioned conventional method, when the coprecipitated precipitate is washed to remove impurity ions mixed in from the mother liquor, the precipitate becomes jelly-like, and filtration becomes difficult.At the same time, when the filtered precipitate is calcined, fine primary particles are strongly solidified. To form large agglomerated particles.

【0004】そこで母液に硫酸イオンを存在させ、尿素
の熱分解によって発生させたアンモニアで中和するとい
う従来の均一沈澱法を改良した方法(特開平2−92817
号公報)が開発された。この方法により得られる沈澱
は、嵩高い粒状で、ろ過性に優れ、母液からの不純物イ
オンの混入が少なく、このため、仮焼中の凝集粒子の成
長が抑制され、焼結性が改善されている。
Therefore, a method of improving the conventional uniform precipitation method in which sulfate ions are present in the mother liquor and neutralized with ammonia generated by thermal decomposition of urea (JP-A-2-92817).
Bulletin) was developed. The precipitate obtained by this method is bulky granular, has excellent filterability, and contains little impurity ions from the mother liquor. Therefore, the growth of aggregated particles during calcination is suppressed, and the sinterability is improved. I have.

【0005】この他、酸化イットリウム粉末と酸化アル
ミニウム粉末を調製後混合して焼結と固相反応を同時に
行い、イットリウムアルミニウムガーネット透明焼結体
を製造する固相法も開発された。
[0005] In addition, a solid phase method has been developed in which a yttrium aluminum garnet transparent sintered body is produced by preparing a yttrium oxide powder and an aluminum oxide powder, mixing and then performing sintering and a solid phase reaction at the same time to produce a sintered body of yttrium aluminum garnet.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
改良均一沈澱法によるイットリウムアルミニウムガーネ
ット粉末の製造方法には、尿素が多量に必要であること
をはじめ、尿素は徐々に熱分解するため沈澱生成に長時
間要する、さらには、粒状として沈澱した粉末の形状が
仮焼後も残り、ゼリー状沈澱の場合程ではないが、大き
な凝集粒子が生成される等の欠点があり、焼結性の改善
は不十分であった。
However, the method for producing yttrium aluminum garnet powder by the above-mentioned improved uniform precipitation method requires a large amount of urea, and urea is thermally decomposed gradually, so that precipitation occurs. It takes a long time, and the shape of the powder precipitated as granules remains after calcination, and although not as large as in the case of jelly-like precipitation, there are disadvantages such as the generation of large agglomerated particles. It was not enough.

【0007】酸化物粉末同士を混合して焼結する固相法
には、あらかじめアルコキシド法等で反応性や焼結性に
優れた酸化イットリウムや酸化アルミニウムの粉末を調
製する必要があるため、コスト高になる、また、組成変
動のないイットリウムアルミニウムガーネットを得るた
めには高温で長時間の焼成が必要である等の欠点があっ
た。
In the solid phase method of mixing and sintering oxide powders, it is necessary to prepare yttrium oxide or aluminum oxide powder having excellent reactivity and sinterability in advance by an alkoxide method or the like. However, in order to obtain yttrium aluminum garnet having no variation in composition, it is necessary to perform firing at a high temperature for a long time.

【0008】ところで、一般に、水酸化アルミニウムを
仮焼すると、多数の微細な酸化アルミニウム結晶子が、
互いに結晶軸を揃えて強固に結合した巨大な凝集粒子を
形成する。結晶子の結晶軸が揃った凝集体は、母塩の結
晶構造に支配されて熱分解する結果、母塩の外形を残し
た結晶子の集団である形骸粒子に似ている。しかしなが
ら、水溶液から沈澱した水酸化アルミニウムの一次粒子
はきわめて微細で、仮焼後に得られる酸化アルミニウム
の結晶子よりも小さいため、従来の形骸粒子の発生モデ
ルによって酸化アルミニウムの凝集粒子の構造を説明す
ることはできない。この場合には、水酸化アルミニウム
を乾燥して仮焼する過程で、水酸化アルミニウムの一次
粒子あるいは酸化アルミニウムの結晶子が再配列するこ
とによって形骸粒子に類似し、結晶軸の方向が揃ってい
る凝集粒子に成長したと考えるべきである。いずれにし
ても、焼結による到達密度は凝集粒子の大きさに支配さ
れるため、水酸化アルミニウムは難焼結性粉末になる代
表的な母塩の一つと考えられている(セラミックス、vo
l.11,No.12,pp.1101〜1108)。同様に、水酸化イットリ
ウムと水酸化アルミニウムを共沈して得た沈澱を仮焼す
る場合にもそのような形骸粒子に類似したイットリウム
アルミニウムガーネットの凝集粒子が成長する。
In general, when aluminum hydroxide is calcined, many fine aluminum oxide crystallites are formed.
It forms giant aggregated particles that are tightly bound together with their crystal axes aligned. Aggregates in which crystallites have the same crystallographic axis are resembled to shaped particles, which are groups of crystallites that retain the outer shape of the mother salt as a result of being thermally decomposed by the crystal structure of the mother salt. However, the primary particles of aluminum hydroxide precipitated from the aqueous solution are extremely fine and smaller than the aluminum oxide crystallites obtained after calcination. It is not possible. In this case, in the process of drying and calcining the aluminum hydroxide, the primary particles of the aluminum hydroxide or the crystallites of the aluminum oxide are rearranged to resemble the skeleton particles, and the directions of the crystal axes are aligned. It should be considered that it has grown into agglomerated particles. In any case, the ultimate density by sintering is governed by the size of the agglomerated particles, so aluminum hydroxide is considered to be one of the representative mother salts that become hardly sinterable powders (ceramics, vo
l.11, No.12, pp.1101-1108). Similarly, when the precipitate obtained by co-precipitating yttrium hydroxide and aluminum hydroxide is calcined, aggregated particles of yttrium aluminum garnet similar to such shaped particles grow.

【0009】このため、従来では、水酸化物の沈澱から
易焼結性のイットリウムアルミニウムガーネット粉末を
製造することはほとんど考えられていなかったのであ
る。この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなさ
れたものであり、従来のイットリウムアルミニウムガー
ネット粉末の製造方法の欠点を解消し、アルコキシド法
よりもはるかに簡単な化学的手法で作製したイットリウ
ムとアルミニウムの水酸化物の沈澱から優れた焼結性を
有するイットリウムアルミニウムガーネット粉末を製造
することのできる、易焼結性のイットリウムアルミニウ
ムガーネット粉末の製造方法を提供することを目的とし
ている。
[0009] For this reason, it has heretofore hardly been considered to produce an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder from the precipitation of a hydroxide. The invention of this application has been made in view of the circumstances described above, and solves the drawbacks of the conventional method for producing yttrium aluminum garnet powder, and yttrium produced by a much simpler chemical method than the alkoxide method. It is an object of the present invention to provide a method for producing an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder capable of producing an yttrium aluminum garnet powder having excellent sinterability from the precipitation of aluminum hydroxide with aluminum.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この出願は、上記の課題
を解決するものとして、請求項1に係る発明は、イット
リウムイオンとアルミニウムイオンを生成するイットリ
ウムアルミニウムガーネットの割合で含む酸性溶液に塩
基性を発現する水溶液を加え、pHを6.5 〜10に保ちつ
つ水酸化イットリウムと水酸化アルミニウムの沈澱を生
成させ、大部分の母液を分離除去し、残った沈澱あるい
はこの沈澱をさらに1回乃至複数回水洗し、大部分の洗
浄液を分離除去して残った沈澱を、乾燥させることなく
沈澱の容積に対して0.1 倍量以上の有機溶剤に分散し、
次いで乾燥した後に500 〜1400℃で仮焼することを特徴
とする易焼結性のイットリウムアルミニウムガーネット
粉末の製造方法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to an invention according to claim 1, wherein an acidic solution containing yttrium ions and yttrium aluminum garnet at a ratio of yttrium aluminum garnet which forms aluminum ions is used. Is added to the mixture, a precipitate of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide is formed while maintaining the pH at 6.5 to 10, most of the mother liquor is separated and removed, and the remaining precipitate or this precipitate is further subjected to one or more times. After washing with water and removing most of the washing solution, the remaining precipitate is dispersed in an organic solvent at least 0.1 times the volume of the precipitate without drying,
Next, the present invention provides a method for producing yttrium aluminum garnet powder which is easy to sinter and is calcined at 500 to 1400 ° C. after drying.

【0011】また、この出願の請求項2に係る発明は、
上記請求項1に係る発明において、水酸化イットリウム
と水酸化アルミニウムの沈澱を有機溶剤に分散する際
に、まず水を溶解する有機溶剤に分散し、大部分の液体
を分離除去した後に、水をほとんど溶解しない有機溶剤
に分散し、次いで乾燥する易焼結性のイットリウムアル
ミニウムガーネット粉末の製造方法を提供する。
The invention according to claim 2 of the present application is
In the invention according to claim 1, when dispersing the precipitate of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide in an organic solvent, first disperse in an organic solvent that dissolves water, and after separating and removing most of the liquid, the water is removed. Disclosed is a method for producing an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder that is dispersed in an organic solvent that hardly dissolves and then dried.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この出願の発明の易焼結性
のイットリウムアルミニウムガーネット粉末の製造方法
についてさらに詳しく説明する。この出願の発明によ
り、従来のアルコキシド法よりもはるかに簡単な化学的
手法で作製したイットリウムとアルミニウムの水酸化物
の沈澱から易焼結性を有し、高純度のイットリウムアル
ミニウムガーネット粉末の製造が可能となる。 <A>沈澱の生成 この出願の発明に易焼結性のイットリウムアルミニウム
ガーネット粉末の製造方法に用いるイットリウムイオン
とアルミニウムイオンを含む酸性溶液は、アルミニウム
イオンを含む酸性水溶液、たとえば硫酸アルミニウム、
アンモニウムミョウバン、塩化アルミニウム、硝酸アル
ミニウム等の水溶性のアルミニウム化合物を水に溶解す
るか、アルミニウムを適当な濃度の硫酸、塩酸、硝酸等
に溶解するかにより得られる酸性水溶液に、硫酸イット
リウム、塩化イットリウム、硝酸イットリウム等を溶解
することにより得られる。また、イットリウムイオンと
アルミニウムイオンを含む酸性溶液は、イットリウムと
アルミニウムを適当な濃度の硫酸、塩酸、硝酸等に溶解
することにより得られる。その濃度は、飽和溶液濃度を
上限とする濃度でよく、好ましくは、Y3 Al5 12
算で水1リットルに対して0.05〜0.5 モル程度とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for producing yttrium aluminum garnet powder having easy sinterability according to the present invention will be described in more detail. According to the invention of this application, it is possible to produce yttrium aluminum garnet powder having high sinterability and high purity from the precipitation of yttrium and aluminum hydroxide produced by a much simpler chemical method than the conventional alkoxide method. It becomes possible. <A> Formation of Precipitate The acidic solution containing yttrium ion and aluminum ion used in the method for producing yttrium aluminum garnet powder which is easy to sinter in the present invention is an acidic aqueous solution containing aluminum ion, for example, aluminum sulfate,
An aqueous acid solution obtained by dissolving a water-soluble aluminum compound such as ammonium alum, aluminum chloride, or aluminum nitrate in water, or dissolving aluminum in sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or the like at an appropriate concentration is added to yttrium sulfate, yttrium chloride. , And yttrium nitrate. An acidic solution containing yttrium ions and aluminum ions can be obtained by dissolving yttrium and aluminum in sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or the like at an appropriate concentration. The concentration may be a concentration having a saturated solution concentration as an upper limit, and is preferably about 0.05 to 0.5 mol per liter of water in terms of Y 3 Al 5 O 12 .

【0013】この出願の発明に用いる塩基性を発現する
水溶液は、イットリウムイオンとアルミニウムイオンを
含む水溶液のpHを6.5 〜10の範囲とすることができる
ものであれば特に制限されない。pH6.5 〜10の限定
は、水酸化イットリウムはpH6以上で沈澱し、水酸化ア
ルミニウムはpH12以上で溶解することに基づく。この
pH範囲にある限り両水酸化物は実質上完全に沈澱する。
塩基性を発現する水溶液としては、アンモニア、尿素、
炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の水溶液が
例示される。これらの水溶液の濃度は、飽和溶液濃度を
上限とする任意の濃度でよく、好ましくは水1リットル
に0.05〜3モル程度である。
The aqueous solution exhibiting basicity used in the invention of the present application is not particularly limited as long as the pH of the aqueous solution containing yttrium ion and aluminum ion can be controlled in the range of 6.5 to 10. The limitation of pH 6.5 to 10 is based on the fact that yttrium hydroxide precipitates at pH 6 and above and aluminum hydroxide dissolves at pH 12 and above. this
Both hydroxides are virtually completely precipitated as long as they are in the pH range.
Aqueous solutions expressing basicity include ammonia, urea,
Aqueous solutions such as ammonium carbonate and ammonium hydrogen carbonate are exemplified. The concentration of these aqueous solutions may be any concentration up to the saturated solution concentration, and is preferably about 0.05 to 3 mol per liter of water.

【0014】炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウム
は、酸性溶液に加えると炭酸ガスを発生し、反応液を攪
拌する能力を持つため、均一な沈澱を生成させるのに好
ましい。尿素のように反応液中で徐々に分解して塩基性
を発現する化合物は、安定な嵩高い粒状の沈澱を生成さ
せるので特に好ましい。その一方で、この種の化合物に
ついては、反応時間が長くなる、試薬が高価であるなど
の欠点があるので、尿素のように反応液中で徐々に分解
して塩基性を発現する化合物は、仮焼後の粉砕をできる
だけ避けたい、超高純度材料のように付加価値を高めた
特殊材料を製造するのに好適となる。
Ammonium carbonate and ammonium bicarbonate are preferred for generating a uniform precipitate because they generate carbon dioxide when added to an acidic solution and have the ability to stir the reaction solution. Compounds that gradually decompose in the reaction solution to exhibit basicity, such as urea, are particularly preferable because they produce stable bulky granular precipitates. On the other hand, this type of compound has drawbacks such as a long reaction time and a high cost of the reagent. It is suitable for manufacturing special materials with added value such as ultra-high purity materials, which want to avoid grinding after calcination as much as possible.

【0015】水酸化イットリウムと水酸化アルミニウム
の共沈は、これが生成する溶液中の硝酸イオンや塩素イ
オンの濃度が高い時には、一次粒子同士は粗く凝集し、
ろ過は比較的容易となる。ところが、硫酸イオンを含ん
だ沈澱以外は、水洗で凝集が容易に解け、ゼリー状の沈
澱になる。ゼリー状の沈澱を乾燥すると、強固な塊が形
成されてしまい、たとえアルミナ乳鉢等で粉砕して仮焼
しても緻密で強固な凝集粒子が成長し、難焼結性とな
る。しかしながら、ゼリー状の沈澱となっても、有機溶
媒に分散した後に乾燥した粉末の塊は脆弱であり、アル
ミナ乳鉢等で容易に粉砕することができる。そこで、こ
の出願の発明では、水酸化イットリウムと水酸化アルミ
ニウムの沈澱を有機溶剤に分散し、焼結性を改善する。
The co-precipitation of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide is based on the fact that when the concentration of nitrate ions or chloride ions in the solution produced is high, the primary particles coarsely aggregate,
Filtration is relatively easy. However, except for the precipitate containing sulfate ions, the flocculation is easily dissolved by washing with water, and the precipitate becomes a jelly-like precipitate. When the jelly-like precipitate is dried, a strong lump is formed. Even if the jelly-like precipitate is pulverized in an alumina mortar or the like and calcined, dense and strong agglomerated particles grow and become difficult to be sintered. However, even if it becomes a jelly-like precipitate, the lump of powder dried after being dispersed in an organic solvent is brittle and can be easily pulverized in an alumina mortar or the like. Therefore, in the invention of this application, the precipitate of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide is dispersed in an organic solvent to improve sinterability.

【0016】ただ、仮焼後のイットリウムアルミニウム
ガーネット粉末中には強固な凝集粒子が混在する傾向が
あるので、凝集を完全に破壊するためには、ボールミル
等の粉砕機で粉砕する必要がある。また、硝酸イオンや
塩酸イオンを多量に含む水溶液からろ過分離した水酸化
イットリウムと水酸化アルミニウムの沈澱の乾燥体は、
水洗によるゼリー状の沈澱から得られる乾燥体程強固で
はない。しかしながら、この場合には、有機溶剤処理を
施しても乾燥後に残留する硝酸イオンや塩素イオン等の
不純物のために、最終的に得られる粉末の焼結性は、ゼ
リー状の沈澱を有機溶剤処理した場合より多少劣化す
る。
However, since the agglomerated yttrium aluminum garnet powder tends to contain strong agglomerated particles, it is necessary to pulverize the powder with a pulverizer such as a ball mill in order to completely destroy the agglomeration. In addition, the dried product of the precipitate of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide filtered and separated from an aqueous solution containing a large amount of nitrate ions and hydrochloric acid ions,
It is not as strong as a dried product obtained from a jelly-like precipitate by washing with water. However, in this case, the sinterability of the finally obtained powder is reduced by the organic solvent treatment due to impurities such as nitrate ions and chlorine ions remaining after drying even after the organic solvent treatment. Deterioration is slightly worse than when

【0017】一方、硫酸イオンを含んだ水溶液から生成
した水酸化イットリウムと水酸化アルミニウムの沈澱
は、嵩高い凝集体を形成する。この凝集体は比較的安定
であり、2〜3回水洗してもゼリー状にまで変化するこ
とはなく、ろ過性は比較的良好である。50℃以上の温
度において生成した沈澱の凝集体は特に安定である。こ
のように嵩高く、安定な凝集体を有機溶剤に分散する
と、凝集体内の水分が容易に有機溶剤に置換され、ろ過
後に乾燥しても、また、ろ過せずに分散液を蒸発して乾
燥しても、乾燥粉末は容易に微細な粒子まで粉砕可能と
なる。硫酸イオンのこのような効果は、硫酸イオンが溶
液中に存在する限り実現され、硫酸イオンを、沈澱が生
成する以前に加えても、また、沈澱が生成した後の懸濁
液に加えても、あるいは硝酸イオンや塩素イオンが存在
していても等しく実現される。
On the other hand, the precipitation of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide formed from the aqueous solution containing sulfate ions forms bulky aggregates. This aggregate is relatively stable, does not change to a jelly state even after being washed with water two or three times, and has relatively good filterability. Agglomerates of the precipitate formed at temperatures above 50 ° C. are particularly stable. When such a bulky and stable aggregate is dispersed in an organic solvent, the water in the aggregate is easily replaced with the organic solvent, and even if dried after filtration, the dispersion is evaporated without filtration and dried. Even so, the dry powder can be easily crushed into fine particles. This effect of sulphate is realized as long as sulphate is present in the solution, whether sulphate is added before the precipitate forms or to the suspension after the precipitate forms. Alternatively, even if nitrate ions or chloride ions are present, the same effect can be realized.

【0018】さらに硫酸イオンの場合には、硝酸イオン
や塩素イオンに比べ、仮焼段階における凝集粒子の成長
促進効果を無視することもできる。これらの意味におい
て、原料には硫酸塩又はアンモニウム硫酸塩等が好まし
いと言える。以上のように、この出願の発明において硫
酸イオンは効果的であるが、その効果は低濃度側で臨界
点がある。すなわち、硫酸イオンがイットリウムイオン
とアルミニウムイオンの合計量に対して0.05倍以上存在
すると、嵩高い粒状の沈澱が生成し、硫酸イオン濃度の
増加につれて粒状粒子の安定度は増していく。ただ、硫
酸イオンが1.2 倍以上になると、水酸化イットリウムと
水酸化アルミニウムの共沈に取り込まれた硫酸イオンの
影響により仮焼した際に大きな凝集粒子が生成し、緻密
な焼結体を作ることができなくなる。このため、実用的
な硫酸イオンは、イットリウムイオンとアルミニウムイ
オンの合計量に対する濃度比で0.05〜1.2 の範囲にあ
る。好ましくは、0.2 〜1.1 の範囲である。
Further, in the case of sulfate ions, the effect of promoting the growth of aggregated particles in the calcination stage can be neglected as compared with nitrate ions and chloride ions. In this sense, it can be said that the raw material is preferably a sulfate or an ammonium sulfate. As described above, sulfate ions are effective in the invention of this application, but the effect has a critical point on the low concentration side. That is, when the sulfate ion is present at 0.05 times or more of the total amount of the yttrium ion and the aluminum ion, a bulky granular precipitate is formed, and the stability of the granular particles increases as the sulfate ion concentration increases. However, when the sulfate ion becomes 1.2 times or more, large aggregated particles are generated during calcination due to the effect of the sulfate ion incorporated in the coprecipitation of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide, and a dense sintered body is produced. Can not be done. For this reason, practical sulfate ions are in a concentration ratio of 0.05 to 1.2 with respect to the total amount of yttrium ions and aluminum ions. Preferably, it is in the range of 0.2 to 1.1.

【0019】そして、この出願の発明では、生成した水
酸化イットリウムと水酸化アルミニウムの沈澱を分散液
から分離するが、その際には、大部分の母液を分離除去
したり、また、こうして残った沈澱を1回乃至複数回水
洗し、大部分の洗浄液を分離除去する。分散液から沈澱
を分離する方法としては、デカンテーション法やろ過法
が適宜採用される。 <B>有機溶剤への分散 以上のようにして生成、分離した沈澱を乾燥すると、沈
澱の一次粒子が再配列して強固な凝集粒子が形成され、
有機溶剤に分散しても凝集構造を完全に解消することは
難しい。そこで、この出願の発明においては、沈澱を乾
燥することなく有機溶剤に分散する。分散に当たって
は、これに先行して沈澱を上記の通りに水洗するのが好
ましい。それは、沈澱中の硝酸イオンや塩素イオンは仮
焼中に凝集粒子の成長を促進させるためであり、同時
に、沈澱を仮焼すると硝酸ガス、塩素ガス、亜硫酸ガス
等の有害ガスが発生するためでもある。水洗の方法は、
通常行われている方法でよく、洗浄水も一般的な水洗に
おいて期待されている程度の純度でよい。通常は、イオ
ン交換水や蒸留水が用いられる。
In the invention of the present application, the precipitates of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide formed are separated from the dispersion. At this time, most of the mother liquor is separated and removed, and the remaining mother liquor remains. The precipitate is washed one or more times with water to remove most of the washing solution. As a method for separating the precipitate from the dispersion, a decantation method or a filtration method is appropriately employed. <B> Dispersion in Organic Solvent When the precipitate formed and separated as described above is dried, primary particles of the precipitate are rearranged to form strong aggregated particles,
Even when dispersed in an organic solvent, it is difficult to completely eliminate the aggregated structure. Therefore, in the invention of this application, the precipitate is dispersed in an organic solvent without drying. Prior to dispersion, the precipitate is preferably washed with water as described above. This is because nitrate and chlorine ions in the precipitate promote the growth of aggregated particles during calcination, and at the same time, calcination of the precipitate generates harmful gases such as nitric acid gas, chlorine gas, and sulfurous acid gas. is there. The washing method is
The washing method may be a commonly used method, and the washing water may have a purity that is expected in general washing. Usually, ion exchange water or distilled water is used.

【0020】有機溶剤は、大部分の水分を除去した後に
残っている沈澱中の水と置換して粒子間の結合力を弱
め、乾燥した時に生じる強固な凝集粒子の形成を阻止す
る役割を果たす。このような有機溶剤としては、たとえ
ば、エチルアルコール、メチルアルコール、プロピルア
ルコール、ブチルアルコール、ヘキサノール、オクタノ
ール、酢酸イソアミール、ポリエチレングリコール等の
親水性乃至は極性のある有機溶剤を例示することができ
るが、以上の使用目的を満たすものであればその種類は
特に制限されない。また、有機溶剤は、それらの1種又
は2種以上とすることもできる。
The organic solvent replaces the water in the precipitate remaining after removing most of the water, thereby weakening the bonding force between the particles and preventing the formation of strong agglomerated particles that occur when dried. . Examples of such an organic solvent include hydrophilic or polar organic solvents such as ethyl alcohol, methyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, hexanol, octanol, isoamyl acetate, and polyethylene glycol. The type is not particularly limited as long as the above purpose of use is satisfied. Further, the organic solvent may be used alone or in combination of two or more.

【0021】有機溶剤の中で水を溶解することができる
有機溶剤、たとえば炭素数が3個以下のアルコール類
は、沈澱を容易に分散させ、また、沈澱中の水を取り込
むこともできるため、分散した後に再度ろ過しても大部
分の水分が除去され、粒子表面を有機溶剤で覆うことが
できる。ただ、その効果はそれほど大きくはないので、
水を溶解することができる有機溶剤を選択する場合に
は、硫酸イオンの助けで嵩高い凝集粒子の沈澱を生成す
ることが好ましい。
An organic solvent capable of dissolving water in an organic solvent, for example, an alcohol having 3 or less carbon atoms can easily disperse the precipitate and take in water during the precipitation. Most of the water is removed by filtering again after the dispersion, and the particle surface can be covered with an organic solvent. However, the effect is not so great,
When selecting an organic solvent capable of dissolving water, it is preferred to produce bulky aggregate precipitates with the aid of sulfate ions.

【0022】そして、乾燥は、水を含む有機溶剤を除去
した後に行う。あるいは乾燥は、沈澱を分散させたまま
有機溶剤を水分とともに蒸発させることにより行っても
よい。一方、水を溶解しない有機溶剤では、水を含んだ
沈澱物を分散させるのが実質上難しい。そこで、水を溶
解しない有機溶剤を選択する場合には、沈澱を含む有機
溶剤を攪拌混合しながら加熱し、有機溶剤を蒸発させる
と同時に粒子表面を覆っている水分を蒸発させて粒子表
面の水分子を有機溶剤の分子で置換する。有機溶剤を沸
騰させると、沈澱の一次粒子の表面上の水分子が有機溶
剤分子と速やかに置換するので好ましい。有機溶剤の蒸
発は乾燥するまで行っても、沈澱粒子表面を有機溶剤の
分子が十分に覆うまでとしてもどちらでも構わない。そ
の際には、有機溶剤はろ過により除去すればよい。
The drying is performed after removing the organic solvent containing water. Alternatively, the drying may be performed by evaporating the organic solvent together with the moisture while keeping the precipitate dispersed. On the other hand, with an organic solvent that does not dissolve water, it is substantially difficult to disperse a precipitate containing water. Therefore, when selecting an organic solvent that does not dissolve water, the organic solvent including the precipitate is heated while being stirred and mixed to evaporate the organic solvent and, at the same time, evaporate the water covering the particle surface to evaporate the water on the particle surface. Replace the molecule with the organic solvent molecule. Boiling the organic solvent is preferred because water molecules on the surface of the primary particles of the precipitate quickly replace the organic solvent molecules. Evaporation of the organic solvent may be performed until the organic solvent is dried, or the organic solvent may sufficiently cover the surface of the precipitated particles. In that case, the organic solvent may be removed by filtration.

【0023】このような有機溶剤への分散の効果は、有
機溶媒の量が沈澱の容積に対して0.1 倍以上で認められ
る。その量が増加する程効果は向上するが、20倍量を
上回ると、特に顕著な効果の向上は認められなくなる。
なお、この出願の発明では、沈澱をまず水を溶解する有
機溶剤に分散し、大部分の液体を分離除去した後に、水
をほとんど溶解しない有機溶剤に分散すると、大部分の
有機溶剤はろ過により除去され、蒸発させる有機溶剤量
を大幅に削減することができ、作業時間が短縮されるの
で好ましい。 <C>仮焼 共沈した水酸化イットリウムと水酸化アルミニウムは微
細であり、このため、500 ℃と比較的低温でも反応が速
やかに進行し、融点まで安定なイットリウムアルミニウ
ムガーネットが生成する。したがって、仮焼温度は、50
0 〜1400℃の範囲が適当であり、好ましくは、700 〜13
50℃である。
Such an effect of dispersion in an organic solvent is recognized when the amount of the organic solvent is 0.1 times or more the volume of the precipitate. The effect increases as the amount increases, but when the amount exceeds 20 times, no particularly remarkable improvement in the effect is observed.
In the invention of this application, the precipitate is first dispersed in an organic solvent that dissolves water, most of the liquid is separated and removed, and then dispersed in an organic solvent that hardly dissolves water. This is preferable because the amount of the organic solvent to be removed and evaporated can be greatly reduced, and the operation time is shortened. <C> Calcination The coprecipitated yttrium hydroxide and aluminum hydroxide are fine, so that the reaction proceeds rapidly even at a relatively low temperature of 500 ° C., and yttrium aluminum garnet stable to the melting point is formed. Therefore, the calcination temperature is 50
The range of 0 to 1400 ° C is suitable, and preferably 700 to 13 ° C.
50 ° C.

【0024】以下実施例を示し、この出願の発明の易焼
結性のイットリウムアルミニウムガーネット粉末の製造
方法についてさらに詳しく説明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which illustrate a method for producing yttrium aluminum garnet powder of the present invention.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

(実施例1、比較例1)硝酸イットリウム22gとアン
モニウムミョウバン45.3gを1000mlの蒸留水に溶解した
後、アンモニア水を加え、pHを8に調整した。そして、
pHを8に保ったまま、この溶液を90℃に2時間保持し
た。生成した沈澱をろ過した後に、蒸留水で2回洗浄
し、再度ろ過した。得られた沈澱を2等分し、その一方
(実施例1)を直ちに200ml のイソブチルアルコールに
分散し、窒素ガス気流中で分散液を穏やかに沸騰させ、
水分や有機溶剤を蒸発させて乾燥した。残りの半分の沈
澱(比較例1)は窒素ガス気流中で風乾した。乾燥後、
両粉末をアルミナ乳鉢とアルミナ乳棒で軽く解し、1100
℃で仮焼した。
Example 1, Comparative Example 1 After dissolving 22 g of yttrium nitrate and 45.3 g of ammonium alum in 1000 ml of distilled water, the pH was adjusted to 8 by adding aqueous ammonia. And
While maintaining the pH at 8, this solution was kept at 90 ° C. for 2 hours. After the formed precipitate was filtered, the precipitate was washed twice with distilled water and filtered again. The resulting precipitate was divided into two equal parts, one of which (Example 1) was immediately dispersed in 200 ml of isobutyl alcohol, and the dispersion was gently boiled in a stream of nitrogen gas.
The water and organic solvent were evaporated and dried. The other half of the precipitate (Comparative Example 1) was air-dried in a stream of nitrogen gas. After drying,
Lightly pulverize both powders with an alumina mortar and alumina pestle, 1100
It was calcined at ℃.

【0026】こうして得られた仮焼粉末をアルミナ乳鉢
とアルミナ乳棒で3分間程砕いた後に、金型を用いて圧
力30MPa で成形し、さらに200MPaで静水圧プレスして
から大気雰囲気中、1500℃で2時間焼結した。得られた
焼結体の焼結密度を調べたところ、有機溶剤処理した方
(実施例1)は理論密度の95%、未処理の方(比較例
1)は65%であった。
The calcined powder thus obtained is crushed with an alumina mortar and an alumina pestle for about 3 minutes, molded using a mold at a pressure of 30 MPa, further subjected to isostatic pressing at 200 MPa, and then heated to 1500 ° C. in an air atmosphere. For 2 hours. When the sintered density of the obtained sintered body was examined, it was 95% of the theoretical density with the organic solvent treatment (Example 1) and 65% with the untreated one (Comparative Example 1).

【0027】また、有機溶剤処理及び未処理のイットリ
ウムアルミニウムガーネットをそれぞれ直径約5mm、長
さ約6mmの錠剤にし、これを10℃/min で1570℃まで
昇温した時の焼結による収縮率を調べた。その結果を示
したのが図1である。この図1から明らかなように、有
機溶剤処理したイットリウムアルミニウムガーネット
(実施例1)は、収縮率特性が有機溶剤処理しないもの
(比較例1)に比べはるかに良好である。 (比較例2)特開平2−92817 号公報に記載されている
方法に従い、硝酸イットリウム7gとアンモニウムミョ
ウバン14.4g、尿素50gを1000mlの蒸留水に溶解した
後、95℃まで昇温し、この温度に5時間保持した。次
いで、2リットルの水を加え、尿素の分解を停止させて
ろ過した。生成した沈澱を3回水洗し、窒素ガス気流中
で風乾した。乾燥後の粉末には実施例1と同様の処理を
同様の条件で施した。
The yttrium aluminum garnet treated with an organic solvent and untreated was formed into tablets each having a diameter of about 5 mm and a length of about 6 mm, and the tablets were heated at a rate of 10 ° C./min to 1570 ° C. to reduce the shrinkage due to sintering. Examined. FIG. 1 shows the result. As is clear from FIG. 1, the yttrium aluminum garnet treated with the organic solvent (Example 1) has much better shrinkage characteristics than those without the organic solvent treatment (Comparative Example 1). (Comparative Example 2) According to the method described in JP-A-2-92817, 7 g of yttrium nitrate, 14.4 g of ammonium alum, and 50 g of urea were dissolved in 1000 ml of distilled water, and the temperature was raised to 95 ° C. For 5 hours. Then, 2 liters of water was added to stop the decomposition of urea and filtered. The resulting precipitate was washed three times with water and air-dried in a stream of nitrogen gas. The same treatment as in Example 1 was performed on the dried powder under the same conditions.

【0028】得られた焼結体の焼結密度を調べたとこ
ろ、イットリウムアルミニウムガーネットの焼結密度は
理論密度の70%であった。また、このイットリウムア
ルミニウムガーネットについて実施例1と同様に焼結に
よる収縮率を調べ、その結果を図1に合わせて示した。 (実施例2)硝酸イットリウム11.02 gと硝酸アルミニ
ウム18.8gを500ml の蒸留水に溶解した後、アンモニア
水を加え、pHを8に調整し、このpHに2時間保った後に
生成した沈澱をろ過し、イソブチルアルコールに分散し
た。次いで、窒素ガス気流中で分散液を穏やかに沸騰さ
せ、水分や有機溶剤を蒸発させて乾燥した。乾燥後の粉
末には実施例1と同様の処理を同様の条件で施した。
When the sintered density of the obtained sintered body was examined, the sintered density of yttrium aluminum garnet was 70% of the theoretical density. The yttrium aluminum garnet was examined for shrinkage due to sintering in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. Example 2 After dissolving 11.02 g of yttrium nitrate and 18.8 g of aluminum nitrate in 500 ml of distilled water, the pH was adjusted to 8 by adding aqueous ammonia, and the resulting precipitate was filtered after keeping at this pH for 2 hours. Dispersed in isobutyl alcohol. Next, the dispersion was gently boiled in a stream of nitrogen gas, and the water and the organic solvent were evaporated to dryness. The same treatment as in Example 1 was performed on the dried powder under the same conditions.

【0029】得られた焼結体の焼結密度を調べたとこ
ろ、イットリウムアルミニウムガーネットの焼結密度は
理論密度の85%であった。また、このイットリウムア
ルミニウムガーネットについても実施例1と同様に焼結
による収縮率を調べ、その結果を図1に合わせて示し
た。もちろんこの出願の発明は、以上の実施形態によっ
て限定されるものではない。
When the sintered density of the obtained sintered body was examined, the sintered density of yttrium aluminum garnet was 85% of the theoretical density. Further, for this yttrium aluminum garnet, the shrinkage due to sintering was examined in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. Of course, the invention of this application is not limited by the above embodiments.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、易焼結性のイットリウムアルミニウムガー
ネット粉末を種々の問題なく製造することができる。ま
た、有機溶剤は仮焼中に燃焼して粉末から完全に除去さ
れ、得られるイットリウムアルミニウムガーネット粉末
は高純度ともなる。このため、この出願の発明により製
造される易焼結性のイットリウムアルミニウムガーネッ
ト粉末は、Na発光管、レーザーホスト材料等の透明焼
結体や耐食性材料等の高級セラミックスを製造するため
の原料粉末として極めて有用となる。
As described in detail above, the invention of this application makes it possible to produce easily sinterable yttrium aluminum garnet powder without various problems. Further, the organic solvent burns during the calcination and is completely removed from the powder, and the obtained yttrium aluminum garnet powder has high purity. Therefore, the easily sinterable yttrium aluminum garnet powder produced by the invention of this application is used as a raw material powder for producing high-quality ceramics such as transparent sintered bodies such as Na arc tubes and laser host materials and corrosion-resistant materials. It will be extremely useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この出願の発明の易焼結性のイットリウムアル
ミニウムガーネット粉末の製造方法により製造されたイ
ットリウムアルミニウムガーネットの焼結による収縮率
の変化を比較例とともに示した相関図である。
FIG. 1 is a correlation diagram showing, together with a comparative example, a change in shrinkage ratio due to sintering of yttrium aluminum garnet produced by the method for producing yttrium aluminum garnet powder having easy sinterability according to the present invention.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イットリウムイオンとアルミニウムイオ
ンを生成するイットリウムアルミニウムガーネットの割
合で含む酸性溶液に塩基性を発現する水溶液を加え、pH
を6.5 〜10に保ちつつ水酸化イットリウムと水酸化ア
ルミニウムの沈澱を生成させ、大部分の母液を分離除去
し、残った沈澱あるいはこの沈澱をさらに1回乃至複数
回水洗し、大部分の洗浄液を分離除去して残った沈澱
を、乾燥させることなく沈澱の容積に対して0.1 倍量以
上の有機溶剤に分散し、次いで乾燥した後に500 〜1400
℃で仮焼することを特徴とする易焼結性のイットリウム
アルミニウムガーネット粉末の製造方法。
An aqueous solution exhibiting basicity is added to an acidic solution containing yttrium aluminum garnet at a ratio of yttrium aluminum garnet that produces yttrium ions and aluminum ions.
Is maintained at 6.5 to 10, a precipitate of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide is formed, most of the mother liquor is separated and removed, and the remaining precipitate or this precipitate is washed one or more times with water, and most of the washing solution is washed. The precipitate remaining after separation and removal is dispersed in an organic solvent in an amount of at least 0.1 times the volume of the precipitate without drying, and then dried to 500 to 1400.
A method for producing an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder, wherein the powder is calcined at a temperature of ° C.
【請求項2】 水酸化イットリウムと水酸化アルミニウ
ムの沈澱を有機溶剤に分散する際に、まず水を溶解する
有機溶剤に分散し、大部分の液体を分離除去した後に、
水をほとんど溶解しない有機溶剤に分散し、次いで乾燥
する請求項1記載の易焼結性のイットリウムアルミニウ
ムガーネット粉末の製造方法。
2. When dispersing a precipitate of yttrium hydroxide and aluminum hydroxide in an organic solvent, first disperse the precipitate in an organic solvent that dissolves water, and after separating and removing most of the liquid,
The method for producing an easily sinterable yttrium aluminum garnet powder according to claim 1, wherein the powder is dispersed in an organic solvent that hardly dissolves water and then dried.
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