JP3563464B2 - Method for producing yttrium-aluminum-garnet powder and yttrium-aluminum-garnet sintered body using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、イットリウム−アルミニウム−ガーネット(以下YAGという)粉末の製造方法、及びこのYAG粉末を用いてなる透光性に優れたYAG焼結体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりYAG(YAl12)は結晶型が立方晶であるため粒界散乱が起こりにくく、透明体として良好であるため、各種の製法により透光性焼結体を得る試みがなされている。
【0003】
このようなYAGは、単結晶により作成する方法、Al粉末とY粉末を混合してHIP処理やホットプレス焼成する方法(特開平3−275560号、特開平3−275561号公報等参照)等がなされていた。
【0004】
しかしながら、上記単結晶合成では高価であり任意の形状に作製することが困難であるという問題があった。また、HIP処理による場合は、装置が大掛かりとなって生産性が良くないという問題があった。さらにホットプレス焼成する場合は、成形型に用いるカーボンから焼結体に炭素が入り、透明度が下がるという欠点があった。
【0005】
そこで、予めYAG粉末を製造し、このYAG粉末を用いて焼結体を得ることが行われている。
【0006】
例えば、YAG粉末を共沈法で製造するために、イットリウムイオンとアルミニウムイオンを含む酸性水溶液を尿素で中和して沈澱物を生成させ、得られた沈澱物を仮焼してYAGを合成する方法(尿素沈澱法:特開平2−92817号公報参照)や、イットリウムイオンとアルミニウムイオンを含む酸性水溶液を水酸化ナトリウム又はアンモニア水で中和して沈澱物を生成させ、得られた沈澱物を仮焼してYAGを合成する方法(アルカリ共沈法)がある。
【0007】
さらに、アルミナ粉末とイットリア粉末を混合した後、1000〜1600℃で仮焼し、これを粉砕してYAG粉末を製造する方法(粉体混合法:特開平6−107456号参照)もあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の尿素沈澱法では、硫酸イオン、尿素量、反応温度等の制御を必要とすること、及び調整溶液の加熱開始から沈澱生成、沈澱物取り出しまでに時間がかかる等の問題点があった。また、上記尿素沈澱法では、粒状の沈澱物を得るために硫酸イオンが必要であることから、沈澱物の仮焼時にSOガスが発生してしまうという欠点もあった。さらに、得られたYAG粉末を焼成する際にSiOを添加しなければ焼結体が得られないという不都合もあった。
【0009】
また、アルカリ共沈法では、ゲル状の沈澱物しか得られないため、濾過性が悪く沈澱中に不純物が充分に除去できないという欠点があった。
【0010】
さらに、粉体混合法では、均一混合のために長時間を要することと、均一化が充分に図れないこと、不純物が混入しやすいこと等の問題があった。
【0011】
また、上記の方法では均一なYAG粉末が得にくいため、このYAG粉末を用いて焼成する場合に、高温で長時間の焼成が必要であり、その結果得られた焼結体は、平均結晶粒径50〜60μmと大きく、強度、硬度等の機械的特性が低いものであった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような問題点に対して充分に検討を行った結果、水酸化アルミニウム粉末とイットリウム化合物溶液との混合液をアルカリ中和し、得られた沈澱物を仮焼してYAG粉末を得ることによって、上記のような粉体混合法や尿素沈澱法を用いることなく、工業的生産可能なYAG粉末を低コストで得られることを見出した。
【0013】
つまり、従来の共沈法は溶液同士を混合するのに対し、本発明では水酸化アルミニウムの粉末とイットリウム化合物溶液とを混合したものであり、粉末と溶液とを混合してアルカリ中和し、沈澱物を得るようにしたこと(以下、半共沈法という)を特徴とする。そのため、混合液中に存在する水酸化アルミニウム粉末が核となり、イットリウム化合物溶液がこの核の表面に付着、または内部に浸透した状態となり、これを中和することにより水酸化アルミニウムの核の内部または表面に沈澱が生成することになる。したがって、液相中で均一組成の沈澱が得られるとともに、水酸化アルミニウムの核が濾過性を向上させる役目も果たすのである。
【0014】
また、本発明の半共沈法によれば、粒状の沈澱物を得るために硫酸イオンを必要とせず、沈澱物の仮焼時におけるSOガスの発生を防止できる。これは、沈澱物の大きさや形状は水酸化アルミニウム粉末の大きさ、形状で決定されるため、工程途中で硫酸イオンによりコントロールする必要がないためである。そして、本発明の半共沈法によれば、粒状の沈澱物が得られるため、仮焼時の二次凝集を防止できる。
【0015】
さらに、本発明の半共沈法により得られたYAG粉末は、均一組成とできることから、比較的低温、短時間で焼成でき、焼結体の平均結晶粒径を30μm以下として、強度、硬度を高くすることができる。また、本発明の半共沈法により得られたYAG粉末は、SiO等の添加物を加えずに焼成できるため、最終的なYAG焼結体は不純物を除いて100%YAGで構成することができる。
【0016】
なお、本発明の製造方法で用いる水酸化アルミニウム粉末としては、Al純度が95.0%以上、好ましくは99.0%以上のものを用いる。これは、Al純度が95.0%未満であると不純物の影響で焼成時のコントロールができなくなるためである。また、水酸化アルミニウム粉末は、不純物であるNaOとSiOの量がそれぞれ5.0%以下、好ましくは1.0%以下のものを用いる。これは、NaOまたはSiOが5.0%よりも多く存在すると、粉末の仮焼時にルツボや匣鉢と反応したり、粉末が付着したり、成形体の焼成時に粒界にガラス相が生成したり、アルミナシリケートが存在して失透の原因になったり、また粒成長が起こって均一な組織をつくることができなくなるためである。
【0017】
さらに、この水酸化アルミニウム粉末は、平均粒子径が0.1〜100μm、好ましくは0.4〜30μmの範囲内のものを用いる。これは平均粒子径が0.1μm未満であると凝集が生じて充分に均一化することができず、一方100μmを超えると攪拌混合時の均一化が困難となるためである。
【0018】
イットリウム化合物溶液としては、ハロゲン化イットリウム溶液、硫酸イットリウム溶液、硝酸イットリウム溶液、又は酢酸イットリウム溶液等の酸性イットリウム溶液のうち1種または2種以上を含む酸性の溶液を用いる。なお、上記ハロゲン化イットリウム溶液としては、フッ化イットリウム、塩化イットリウム、臭化イットリウム、ヨウ化イットリウム等があるが、これらの中でフッ化イットリウムを除く、その他のハロゲン化イットリウム溶液を用いることが好ましい。これは、フッ化イットリウムは溶解度が低く、また溶解したフッ素イオンが水酸化アルミニウムと反応し、フッ化アルミニウムを形成してコントロールが難しいためである。
【0019】
また、イットリウム化合物溶液中のイットリウムの純度は95.0%以上、好ましくは99.0%以上とする。これは、イットリウムの純度が95.0%未満であると不純物の影響で焼成のコントロールが困難となり、均一なYAGの生成ができなくなるためである。
【0020】
次に、上記の水酸化アルミニウム粉末とイットリウム化合物溶液とを、YとAl換算でY/Alの重量比が1.27〜1.50の範囲となるように混合する。これは、重量比が上記範囲外であると、焼結体中にYAM(イットリウム−アルミニウム−モノクリニック)の結晶が生成したり、過剰なYまたはAlの存在が焼結体に影響して、失透したり均質なYAGの生成を阻害するためである。なお、上記混合溶液中の水酸化アルミニウム粉末はほとんど溶解しておらず、白色のスラリー溶液となる。
【0021】
次に、この混合溶液を30分以上攪拌し、水酸化アルミニウム粉末が沈降せず、均一組成となるように維持した状態でアルカリ中和を行う。
【0022】
アルカリ中和剤としては、水酸化ナトリウムで代表されるアルカリ金属の水酸化物、炭酸ナトリウムで代表されるアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素ナトリウムで代表されるアルカリ金属の炭酸水素塩、あるいは炭酸水素アンモニウム、水酸化アンモニウム、アルカリ土類金属の水酸化物または炭酸塩等、アルカリ性を示す有機化合物の1種または2種以上の溶液を用いる。好ましくは、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アンモニウム、炭酸水素アンモニウムを用いると、不純物除去が容易であり、経済的である。
【0023】
混合溶液に対するアルカリ中和剤を用いた中和反応は、いずれか一方の溶液に他方を加える方法や、スターティックミキサー等のように送液配管中での連続中和等により行う。ただし、中和時は均一性を保つために溶液を攪拌混合しつづけることが望ましい。
【0024】
また、反応温度は0〜100℃、好ましくは10〜50℃とするが、これは100℃を超えると混合溶液から酸性の上記ガスが発生したり、アルカリ剤としてアンモニウム化合物を用いたときにはアンモニウムガスが発生してしまうためであり、一方0℃未満であると中和反応が充分に起こらないためである。
【0025】
さらに、中和反応時のpHは5〜10とし、好ましくは6〜9.5の範囲が良い。これは、pHが5未満であると中和されたイットリウム沈澱物が再溶解し、一方pHが10を超えるとアルミニウムの再溶解が始まり、いずれの場合も組成が求める範囲から外れる原因となるためである。
【0026】
なお、アルカリ中和剤の必要量は、イットリウム化合物溶液の酸度に影響される。そのため、上記のように中和時のpHを規定することによりアルカリ中和剤の必要量を決定する。
【0027】
次に、アルカリ中和後、少なくとも30分以上攪拌し、沈澱物を濾過、水洗する。この濾過方法は、ブフナロート等の器具を利用したり、ベルトフィルター等の真空濾過機、フィルタープレス、遠心式脱水機等を使用して、その装置で同時に水洗も行う。水洗時には、通常イオン交換水を用いるが、pH5〜10のアンモニア化合物溶液を使用しても良く、いずれの場合も充分に水洗を行う。
【0028】
濾過、水洗後に得られる沈澱物のケーキは、白色で、水酸化アルミニウムの平均粒子径や濾過機の脱水能力によって含水率が異なるが、仮焼後の物性には影響を及ぼさない。
【0029】
次に、この沈澱物のケーキを700〜1500℃で仮焼するが、これは水酸化物または炭酸塩である沈澱物を酸化物にするためであり、また仮焼によってある程度のYAGを生成させ、YAGの異常粒成長を抑制し、活性化を保持するためである。このとき仮焼温度を700〜1500℃としたのは、700℃未満であると酸化が不十分で、YAGの合成が困難となり、一方1500℃を超えると生成したYAGの活性化が低下して焼結性が悪くなるとともに、粉砕性が悪くなるためである。
【0030】
この仮焼によって、Y、Alの水酸化物、炭酸塩がそれぞれY、Alになり、これがさらにYAMからYAGへと変化していく。この時、YAMからYAGへの変化時に体積膨張させることで、成形後の焼成では体積膨張を生じさせずに焼成することができ、これにより焼結体中のボイドや欠陥の発生を抑え、均一な組織の焼成体を作製することができるのである。
【0031】
以上の工程によって、得られたYAGを粉砕して原料粉末とし、これを所定形状に成形し、水素、窒素、真空中等の還元性雰囲気中で1600〜1900℃で焼成することによって、YAG焼結体を得ることができる。
【0032】
ここで、焼成温度を1600〜1900℃とするのは、1600℃未満では焼結が不十分で充分な緻密化ができないためであり、1900℃を超えると異常粒成長が起こって、気孔を粒子内に取り込み緻密性が低下するためである。また、還元性雰囲気中で焼成するのは、大気中に比べて水素や窒素は拡散が速いために緻密化が容易に起こるためであり、真空中も同様である。
【0033】
このようにして得られたYAG焼結体は、厚さ1mm当たりの可視光の直線透過率が70%以上の高い透光性を有し、かつ平均結晶粒子径30μm以下で、高い強度、硬度を有している。そのため、時計用窓材、高圧放電灯の放電管、光ファイバコネクタ部材等の各種産業機械用部材や、あるいは各種装飾用部材として好適に用いることができる。
【0034】
【実施例】
以下、本発明実施例を説明する。
【0035】
実施例1
純度99.5%、平均粒子径0.6μm、BET比表面積8.0m/gの水酸化アルミニウム粉末194.7gと、純度99.5%のイットリウムを含む塩酸イットリウム溶液(Y含有量は10%)1712gとを攪拌混合した。この混合液に対して、アルカリ中和剤として炭酸ナトリウム溶液(濃度10%)を5000g添加し、30分間攪拌混合した。この時のpHは7.5であった。
【0036】
次に、得られた沈澱物をブフナロートを用いて濾過分離し、さらに2000gの純粋で水洗した。得られた沈澱物は1540gであった。
【0037】
この沈澱物をアルミナ製の匣鉢を用いて500〜1700℃の種々の温度で2時間仮焼した。これを、高純度アルミナボール600gと溶媒としてイソプロピルアルコール(IPA)300gをポリポットに投入し、回転ミルで24時間粉砕した。粉砕後の粉末を325メッシュに通して乾燥させた後、80メッシュを通して均一なYAGの粉末を得た。
【0038】
このようにして得られたYAG粉末を一軸プレス及び冷間水圧プレス(CIP)を用いて2.5g/cm以上の生密度の成形体を作製した。この成形体を表1に示す焼成温度、焼成時間、昇温速度、焼成雰囲気で1600〜1900℃の温度で2〜20時間焼成した。
【0039】
得られた焼結体をX線回折装置により測定したところ、YAGの生成を確認した。また、得られた焼結体を厚み1mmに研磨した後、粒径1μmのダイヤモンドペーストで鏡面研磨を行った後、波長600nmの可視光の直線透過率を測定した。
【0040】
結果は表1に示す通りである。表1中、本発明の範囲外である、仮焼を行わなかったもの(No.1)、仮焼温度が700〜1500℃の範囲外のもの(No.13、14)、あるいは焼成時の雰囲気が還元性でないもの(No.15)はいずれも焼結体の透光性が悪かった。
【0041】
これらに対し、本発明の製造方法により得られた試料は、いずれも焼結体の直線透過率が70%以上と優れた透光性を示した。
【0042】
【表1】

Figure 0003563464
【0043】
実施例2
上記と同様にして、アルカリ中和剤として炭酸ナトリウム溶液の代わりに、水酸化アンモニウム(濃度10%)を5000g使用して同様の沈澱物を得た。得られた沈澱物は1356gであった。この沈澱物をアルミナ製匣鉢を用いて1000℃の温度で2時間仮焼した。仮焼によって得られた酸化物は289gであった。
【0044】
これを高純度アルミナボール600gとIPA300gとともにポリポットに投入し、回転ミルで24時間粉砕した。粉砕した粉末を325メッシュに通して乾燥させた後、80メッシュを通して均一な粉末を得た。
【0045】
この粉末を一軸プレス及びCIPを用いて2.5g/cm以上の生密度の成形体を作製した。この成形体を焼成温度1800℃、焼成時間10時間、昇温速度50℃/時、真空雰囲気中で焼成した。
【0046】
得られた焼結体を厚み1mmに研磨した後、1μmのダイヤモンドペーストで鏡面仕上げを行った。この焼結体の波長600nmの可視光の直線透過率を測定したところ、81%と極めて高い透光性を示した。
【0047】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、水酸化アルミニウム粉末とイットリウム化合物溶液を混合し、中和して沈澱物を生成した後、得られた沈澱物を仮焼する工程からYAG粉末を製造することによって、水酸化アルミニウム粉末が核となって沈澱物が生成するため、均一な粒状沈澱物を容易に製造することができ、均一なYAG粉末を得ることができる。
【0048】
そのため、このYAG粉末を用いて焼成すれば、低温、短時間の焼成で優れた透光性の焼結体を得られるため、結晶粒子が小さく、強度、硬度の高いYAG焼結体を得ることができる。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for producing yttrium-aluminum-garnet (hereinafter, referred to as YAG) powder, and a YAG sintered body having excellent translucency using the YAG powder.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, since YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) has a cubic crystal form, it hardly causes grain boundary scattering and is a good transparent body. Therefore, attempts have been made to obtain a translucent sintered body by various manufacturing methods. ing.
[0003]
Such a YAG is prepared by a single crystal method, a method of mixing an Al 2 O 3 powder and a Y 2 O 3 powder, and performing a HIP treatment or a hot press baking (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-275560 and 3-275561). Publications, etc.).
[0004]
However, there is a problem in that the single crystal synthesis is expensive and it is difficult to manufacture the crystal in an arbitrary shape. Further, in the case of the HIP process, there is a problem that the apparatus becomes large and productivity is not good. Further, in the case of hot press firing, there is a disadvantage that carbon enters the sintered body from carbon used for the molding die, and the transparency is reduced.
[0005]
Therefore, YAG powder is manufactured in advance, and a sintered body is obtained using the YAG powder.
[0006]
For example, in order to produce YAG powder by coprecipitation, an acidic aqueous solution containing yttrium ions and aluminum ions is neutralized with urea to form a precipitate, and the obtained precipitate is calcined to synthesize YAG. Method (urea precipitation method: see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-92817) or a method in which an acidic aqueous solution containing yttrium ions and aluminum ions is neutralized with sodium hydroxide or aqueous ammonia to form a precipitate. There is a method of synthesizing YAG by calcining (alkali coprecipitation method).
[0007]
Furthermore, there is a method in which alumina powder and yttria powder are mixed, then calcined at 1000 to 1600 ° C., and pulverized to produce a YAG powder (powder mixing method: see JP-A-6-107456).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned urea precipitation method has problems that control of the sulfate ion, the amount of urea, the reaction temperature, and the like are required, and that it takes time from the start of heating the adjusted solution to the formation of the precipitate and the removal of the precipitate. Was. Further, in the above urea precipitation method, since in order to obtain a precipitate of granular is required sulfate ion, SO X gas is a drawback that occurs during the calcining precipitate. Further, there is also a disadvantage that a sintered body cannot be obtained unless SiO 2 is added when firing the obtained YAG powder.
[0009]
Further, in the alkaline coprecipitation method, since only a gel-like precipitate is obtained, there is a disadvantage that the filterability is poor and impurities cannot be sufficiently removed during the precipitation.
[0010]
Further, the powder mixing method has problems that a long time is required for uniform mixing, that uniformization cannot be sufficiently achieved, and that impurities are easily mixed.
[0011]
In addition, since it is difficult to obtain a uniform YAG powder by the above method, when sintering using this YAG powder, sintering at a high temperature for a long time is necessary, and the resulting sintered body has an average crystal grain size. The diameter was as large as 50 to 60 μm, and the mechanical properties such as strength and hardness were low.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have sufficiently studied such a problem, and as a result, alkali-neutralize a mixed solution of the aluminum hydroxide powder and the yttrium compound solution, and calcine the obtained precipitate. It has been found that by obtaining a YAG powder, a commercially available YAG powder can be obtained at low cost without using the powder mixing method or the urea precipitation method as described above.
[0013]
In other words, while the conventional coprecipitation method mixes the solutions, in the present invention, the aluminum hydroxide powder and the yttrium compound solution are mixed, and the powder and the solution are mixed and neutralized with alkali, It is characterized in that a precipitate is obtained (hereinafter, referred to as a semi-coprecipitation method). Therefore, the aluminum hydroxide powder present in the mixed solution becomes a nucleus, and the yttrium compound solution adheres to the surface of the nucleus or enters a state in which the yttrium compound solution penetrates into the nucleus. A precipitate will form on the surface. Therefore, a precipitate having a uniform composition is obtained in the liquid phase, and the core of aluminum hydroxide also plays a role in improving the filterability.
[0014]
Further, according to the semi-coprecipitation method of the present invention, sulfate ions are not required to obtain a granular precipitate, and generation of SO X gas during calcining the precipitate can be prevented. This is because the size and shape of the precipitate are determined by the size and shape of the aluminum hydroxide powder, so that it is not necessary to control with sulfate ions during the process. According to the semi-coprecipitation method of the present invention, a granular precipitate can be obtained, so that secondary aggregation during calcination can be prevented.
[0015]
Furthermore, since the YAG powder obtained by the semi-coprecipitation method of the present invention can have a uniform composition, it can be fired at a relatively low temperature and in a short time, and the average crystal grain size of the sintered body is set to 30 μm or less, and the strength and hardness are reduced Can be higher. In addition, since the YAG powder obtained by the semi-coprecipitation method of the present invention can be fired without adding an additive such as SiO 2 , the final YAG sintered body should be composed of 100% YAG excluding impurities. Can be.
[0016]
As the aluminum hydroxide powder used in the production method of the present invention, a powder having an Al purity of 95.0% or more, preferably 99.0% or more is used. This is because if the Al purity is less than 95.0%, control during firing cannot be performed due to the influence of impurities. Further, as the aluminum hydroxide powder, those having an amount of impurities of Na 2 O and SiO 2 of 5.0% or less, preferably 1.0% or less, respectively, are used. This is because when Na 2 O or SiO 2 is present in an amount of more than 5.0%, the powder reacts with a crucible or a sagger during calcining of the powder, adheres to the powder, or has a glass phase at a grain boundary when the compact is fired. Is generated, alumina silicate is present to cause devitrification, and grain growth occurs, making it impossible to form a uniform structure.
[0017]
Further, the aluminum hydroxide powder has an average particle diameter of 0.1 to 100 μm, preferably 0.4 to 30 μm. This is because if the average particle size is less than 0.1 μm, coagulation occurs and uniformization cannot be achieved, while if it exceeds 100 μm, uniformity during stirring and mixing becomes difficult.
[0018]
As the yttrium compound solution, an acidic solution containing one or more of acidic yttrium solutions such as an yttrium halide solution, an yttrium sulfate solution, an yttrium nitrate solution, and an yttrium acetate solution is used. In addition, as the yttrium halide solution, there are yttrium fluoride, yttrium chloride, yttrium bromide, yttrium iodide and the like. . This is because yttrium fluoride has low solubility and dissolved fluorine ions react with aluminum hydroxide to form aluminum fluoride, which is difficult to control.
[0019]
In addition, the purity of yttrium in the yttrium compound solution is 95.0% or more, preferably 99.0% or more. This is because if the purity of yttrium is less than 95.0%, it becomes difficult to control the sintering due to the influence of impurities, and uniform YAG cannot be generated.
[0020]
Next, the above-mentioned aluminum hydroxide powder and the yttrium compound solution, the weight ratio of Y 2 O 3 and in terms of Al 2 O 3 with Y 2 O 3 / Al 2 O 3 and a range of 1.27 to 1.50 Mix so that This is because if the weight ratio is out of the above range, YAM (yttrium-aluminum-monoclinic) crystals are formed in the sintered body, or the presence of excess Y 2 O 3 or Al 2 O 3 is caused by sintering. This is because it affects the body and inhibits the formation of devitrified and homogeneous YAG. Note that the aluminum hydroxide powder in the above mixed solution is hardly dissolved, and becomes a white slurry solution.
[0021]
Next, the mixed solution is stirred for 30 minutes or more, and alkali neutralization is performed in a state where the aluminum hydroxide powder does not settle and is maintained to have a uniform composition.
[0022]
Examples of the alkali neutralizer include alkali metal hydroxides represented by sodium hydroxide, alkali metal carbonates represented by sodium carbonate, alkali metal bicarbonates represented by sodium hydrogen carbonate, and hydrogen carbonate One or more solutions of an organic compound exhibiting alkalinity, such as ammonium, ammonium hydroxide, hydroxides or carbonates of alkaline earth metals, are used. Preferably, use of sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, ammonium hydroxide, and ammonium hydrogen carbonate facilitates removal of impurities and is economical.
[0023]
The neutralization reaction using an alkali neutralizing agent for the mixed solution is performed by a method of adding one of the solutions to the other, a continuous neutralization in a liquid feed pipe such as a static mixer, or the like. However, at the time of neutralization, it is desirable to continue stirring and mixing the solution in order to maintain uniformity.
[0024]
The reaction temperature is from 0 to 100 ° C., preferably from 10 to 50 ° C. When the temperature exceeds 100 ° C., the above-mentioned acidic gas is generated from the mixed solution, or when an ammonium compound is used as an alkali agent, ammonium gas is used. This is because, when the temperature is lower than 0 ° C., the neutralization reaction does not sufficiently occur.
[0025]
Further, the pH at the time of the neutralization reaction is set to 5 to 10, preferably 6 to 9.5. This is because if the pH is less than 5, the neutralized yttrium precipitate will be redissolved, whereas if the pH exceeds 10, redissolution of aluminum will begin, in any case causing the composition to fall outside the required range. It is.
[0026]
Note that the required amount of the alkali neutralizer is affected by the acidity of the yttrium compound solution. Therefore, the required amount of the alkali neutralizer is determined by defining the pH at the time of neutralization as described above.
[0027]
Next, after the alkali neutralization, the mixture is stirred for at least 30 minutes or more, and the precipitate is filtered and washed with water. In this filtration method, a device such as a Buchner funnel is used, or a vacuum filter such as a belt filter, a filter press, a centrifugal dehydrator, or the like is used, and the device is simultaneously washed with water. At the time of washing with water, ion-exchanged water is usually used, but an ammonia compound solution having a pH of 5 to 10 may be used. In any case, washing with water is sufficiently performed.
[0028]
The precipitate cake obtained after filtration and water washing is white and has a different water content depending on the average particle size of aluminum hydroxide and the dewatering capacity of the filter, but does not affect the physical properties after calcination.
[0029]
Next, the cake of the precipitate is calcined at 700 to 1500 ° C. in order to convert the precipitate, which is a hydroxide or a carbonate, into an oxide. , YAG to suppress abnormal grain growth and maintain activation. At this time, the calcination temperature was set to 700 to 1500 ° C. If the temperature was lower than 700 ° C., the oxidation was insufficient, and the synthesis of YAG became difficult. This is because the sinterability deteriorates and the pulverizability deteriorates.
[0030]
By this calcination, hydroxides and carbonates of Y and Al become Y 2 O 3 and Al 2 O 3 , respectively, which further changes from YAM to YAG. At this time, by expanding the volume at the time of change from YAM to YAG, firing can be performed without causing volume expansion in the firing after forming, thereby suppressing the generation of voids and defects in the sintered body and uniformity. Thus, a fired body having a simple structure can be produced.
[0031]
Through the above steps, the obtained YAG is pulverized into a raw material powder, formed into a predetermined shape, and fired at 1600 to 1900 ° C. in a reducing atmosphere such as hydrogen, nitrogen, or a vacuum to obtain a YAG sintered material. You can get the body.
[0032]
Here, the sintering temperature is set to 1600 to 1900 ° C., because if it is less than 1600 ° C., sintering is insufficient and sufficient densification cannot be performed. If it exceeds 1900 ° C., abnormal grain growth occurs, and pores are formed. This is because the fine particles are taken in and the denseness is reduced. In addition, firing in a reducing atmosphere is because hydrogen and nitrogen diffuse more quickly than in the air, so that densification easily occurs, and the same applies in vacuum.
[0033]
The YAG sintered body thus obtained has a high translucency of 70% or more in linear transmittance of visible light per 1 mm in thickness, has an average crystal particle diameter of 30 μm or less, and has high strength and hardness. have. Therefore, it can be suitably used as a member for various industrial machines, such as a window material for a timepiece, a discharge tube of a high pressure discharge lamp, and an optical fiber connector member, or a member for various decorations.
[0034]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0035]
Example 1
Yttrium hydrochloride solution (Y 2 O 3 content containing 199.5 g of aluminum hydroxide powder having a purity of 99.5%, an average particle diameter of 0.6 μm, and a BET specific surface area of 8.0 m / g, and a purity of 99.5% yttrium) (10%) was mixed with 1712 g with stirring. To this mixture, 5000 g of a sodium carbonate solution (concentration: 10%) was added as an alkali neutralizer, and the mixture was stirred and mixed for 30 minutes. The pH at this time was 7.5.
[0036]
Next, the obtained precipitate was separated by filtration using a Buchner funnel, and further washed with 2000 g of pure water. The obtained precipitate weighed 1540 g.
[0037]
This precipitate was calcined at various temperatures of 500 to 1700 ° C. for 2 hours using an alumina sagger. 600 g of high-purity alumina balls and 300 g of isopropyl alcohol (IPA) as a solvent were put into a polypot and pulverized by a rotary mill for 24 hours. After the powder after pulverization was passed through 325 mesh and dried, a uniform YAG powder was obtained through 80 mesh.
[0038]
Using the YAG powder thus obtained, a green compact of 2.5 g / cm 3 or more was produced by using a uniaxial press and a cold hydraulic press (CIP). This molded body was fired at a temperature of 1600 to 1900 ° C. for 2 to 20 hours in a firing temperature, a firing time, a heating rate and a firing atmosphere shown in Table 1.
[0039]
When the obtained sintered body was measured with an X-ray diffractometer, formation of YAG was confirmed. Further, the obtained sintered body was polished to a thickness of 1 mm, mirror-polished with a diamond paste having a particle size of 1 μm, and then the linear transmittance of visible light having a wavelength of 600 nm was measured.
[0040]
The results are as shown in Table 1. In Table 1, those that were not calcined (No. 1), which were out of the range of the present invention, those whose calcining temperature was out of the range of 700 to 1500 ° C. (Nos. 13 and 14), In all cases where the atmosphere was not reducing (No. 15), the light transmittance of the sintered body was poor.
[0041]
On the other hand, all of the samples obtained by the production method of the present invention exhibited excellent translucency in which the linear transmittance of the sintered body was 70% or more.
[0042]
[Table 1]
Figure 0003563464
[0043]
Example 2
In the same manner as described above, a similar precipitate was obtained by using 5000 g of ammonium hydroxide (concentration: 10%) instead of a sodium carbonate solution as an alkali neutralizing agent. The obtained precipitate weighed 1356 g. The precipitate was calcined in an alumina sagger at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours. The oxide obtained by calcination was 289 g.
[0044]
This was put into a polypot together with 600 g of high-purity alumina balls and 300 g of IPA, and pulverized by a rotary mill for 24 hours. After the pulverized powder was dried by passing through 325 mesh, a uniform powder was obtained through 80 mesh.
[0045]
This powder was formed into a green body having a green density of 2.5 g / cm 3 or more by using a uniaxial press and CIP. This molded body was fired in a vacuum atmosphere at a firing temperature of 1800 ° C., a firing time of 10 hours, a heating rate of 50 ° C./hour.
[0046]
The obtained sintered body was polished to a thickness of 1 mm, and then mirror-finished with a 1 μm diamond paste. The linear transmittance of this sintered body for visible light having a wavelength of 600 nm was measured and found to be extremely high at 81%.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the aluminum hydroxide powder and the yttrium compound solution are mixed and neutralized to form a precipitate, and then the obtained precipitate is calcined to produce a YAG powder. As a result, a precipitate is formed with the aluminum hydroxide powder as a nucleus, so that a uniform granular precipitate can be easily produced, and a uniform YAG powder can be obtained.
[0048]
Therefore, if this YAG powder is fired, an excellent translucent sintered body can be obtained at a low temperature and in a short time, so that a YAG sintered body having small crystal grains, high strength and high hardness can be obtained. Can be.

Claims (3)

水酸化アルミニウム粉末とイットリウム化合物溶液を混合し、中和して沈澱物を生成した後、得られた沈澱物を仮焼し、粉砕する工程からなるイットリウム−アルミニウム−ガーネット粉末の製造方法。A method for producing yttrium-aluminum-garnet powder, comprising the steps of mixing an aluminum hydroxide powder and a yttrium compound solution, neutralizing to form a precipitate, calcining the obtained precipitate and pulverizing the precipitate. 純度95.0%以上で平均粒子径0.1〜100μmの水酸化アルミニウム粉末と、純度95.0%以上のイットリウム化合物溶液とを、YとAl換算でY/Alの重量比が1.27〜1.50の範囲となるように混合し、この混合液をpH5〜10の範囲にアルカリ中和した後、得られた沈澱物を濾過し、700〜1500℃で仮焼して、粉砕することを特徴とする請求項1記載のイットリウム−アルミニウム−ガーネット粉末の製造方法。Aluminum hydroxide powder having an average particle diameter 0.1~100μm a purity 95.0% or more, and a purity of 95.0% or more yttrium compound solution, Y 2 O 3 and in terms of Al 2 O 3 with Y 2 O 3 / Al 2 O 3 was mixed so that the weight ratio was in the range of 1.27 to 1.50, and the mixture was neutralized with alkali to a pH in the range of 5 to 10, and then the obtained precipitate was filtered. The method for producing yttrium-aluminum-garnet powder according to claim 1, wherein the powder is calcined at 700 to 1500 ° C and pulverized. 請求項1又は2に記載の製造方法によって得られたイットリウム−アルミニウム−ガーネット粉末を所定形状に成形した後、還元性雰囲気中、1600〜1900℃の温度で焼成してなるイットリウム−アルミニウム−ガーネット焼結体。A yttrium-aluminum-garnet sinter obtained by molding the yttrium-aluminum-garnet powder obtained by the production method according to claim 1 or 2 into a predetermined shape, and firing in a reducing atmosphere at a temperature of 1600 to 1900 ° C. Union.
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