JP4091547B2 - α−アルミナナノ粉末の製造方法 - Google Patents
α−アルミナナノ粉末の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4091547B2 JP4091547B2 JP2003559929A JP2003559929A JP4091547B2 JP 4091547 B2 JP4091547 B2 JP 4091547B2 JP 2003559929 A JP2003559929 A JP 2003559929A JP 2003559929 A JP2003559929 A JP 2003559929A JP 4091547 B2 JP4091547 B2 JP 4091547B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alumina
- solution
- reaction
- glycol
- seed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/44—Dehydration of aluminium oxide or hydroxide, i.e. all conversions of one form into another involving a loss of water
- C01F7/447—Dehydration of aluminium oxide or hydroxide, i.e. all conversions of one form into another involving a loss of water by wet processes
- C01F7/448—Dehydration of aluminium oxide or hydroxide, i.e. all conversions of one form into another involving a loss of water by wet processes using superatmospheric pressure, e.g. hydrothermal conversion of gibbsite into boehmite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/34—Preparation of aluminium hydroxide by precipitation from solutions containing aluminium salts
- C01F7/36—Preparation of aluminium hydroxide by precipitation from solutions containing aluminium salts from organic aluminium salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
- C01P2004/52—Particles with a specific particle size distribution highly monodisperse size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/773—Nanoparticle, i.e. structure having three dimensions of 100 nm or less
- Y10S977/775—Nanosized powder or flake, e.g. nanosized catalyst
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/811—Of specified metal oxide composition, e.g. conducting or semiconducting compositions such as ITO, ZnOx
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明はα-アルミナナノ粉末の製造方法に関し、さらに詳しくは均一な粒子形状および粒子径分布を有し、低温で生成できるだけでなく、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の含有量が２０ｐｐｍ未満である高純度のα-アルミナナノ粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、応用技術分野においては、ナノ粒子、ナノ構造、ナノデバイスなどナノ技術に対する関心が高まっている。特に、半導体産業では、超高集積回路に関心が寄せられるに伴い、さらに微細な線幅の配線を多層化させる必要性が増加している。
【０００３】
化学機械的平坦化（CMP）技術は、多層配線形成過程で発生する配線の段差を完全平坦
化させる高度な平坦化技術として重要である。この化学機械的平坦化においては、化学的処理された表面がスラリーとパッドの機械的運動によって除去される。化学機械的平坦化に用いられるスラリーは、１０〜１００ナノメータ程度のサイズを有する研磨剤が純水に懸濁されている溶液を指し、研磨剤の種類、サイズ、濃度によって研磨速度、研磨後欠陥発生程度が影響を受ける。
【０００４】
α-アルミナは機械的、電気的、光学的特性が優れており、研磨剤、プラズマ噴霧物質、充填剤、焼結材料、蛍光材料、絶縁材料、光学材料などの様々な用途に用いられている。特に、α-アルミナは、微細で均質な構造を有し、かつ狭い粒子径分布を有するため、精密研磨剤としての用途が要求されている。α-アルミナ粉末を工業的規模で安価に大量生産可能な方法であるバイヤー（Bayer）法は、ボーキサイトを水酸化アルミニウムや遷移アルミナに転換した後、空気中でか焼してα-アルミナを製造する方法である。しかし、上記の方法では、結晶性や純度において優れた特性を有するα-アルミナが得られないだけでなく、中間生成物の水酸化アルミニウムや遷移アルミナの巨大凝集体により、α-アルミナ粉末は粗粒子を含み、不規則な粒子形態を有するという問題がある。また、遷移程度は熱処理温度と時間に依存するため、完全に遷移されるためには１２３０℃程度の高い温度が要求されるという短所がある。
【０００５】
このような問題点を補完してα-アルミナを合成するための方法として、ゾル-ゲル（sol-gel）法、水熱合成法、共沈法などの溶液粉末合成法に対する研究が活発に進められている。液状粉末合成法を利用すれば、高純度の化学量論的な結晶質セラミック微粒子を得ることができる。特に、水熱合成法は非常に低い温度で単結晶粒子を成長させることができ、粒子径と形状とを制御できるため、多くの研究がされ、商業的に適用されている。しかしながら、水熱合成法によるα-アルミナの合成は、密閉反応器内における反応の際に
高温高圧が必要であるために非常に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
このため、水溶液に代えて有機溶媒を利用した合成法が研究されており、Adair等は第２級アルコールであるグリコールを利用して、狭い粒子径分布を有するα-アルミナを合成した。さらに、彼らは、結晶核シードの濃度と攪拌速度とを調整することにより、粒子径および形状を制御可能であるとの結果を得た。しかし、沈殿法によって生成された水酸化アルミニウムを前駆体として利用する場合、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属の汚染を避けることができず、高純度のα-アルミナを製造できないという問題があった。
【０００７】
したがって、均一な粒子形状および粒子径分布を有し、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の汚染を減少させて高純度のα-アルミナを製造する方法に対する研究がさらに要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のような問題点を解決するために、本発明は、均一な粒子形状および粒子径分布を有し、低温で生成できるだけでなく、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の汚染を防止して高純度の球形α-アルミナナノ粉末を製造することができるα-アルミナナノ粉末の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために本発明は、
ａ）結晶核シードとしてα-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液を大気中で１００℃以上の温度に加熱し、この溶液においてアルミニウムアルコキシドをグリコール溶液 1 Ｌに対して０．２５〜１．０モルとなるように添加し、２００℃まで加熱してグリ
コレート反応（glycolation）を行う段階と、
ｂ）前記ａ）段階の反応物をグリコール熱化学反応（glycol thermal reaction）させ
る段階と、を含み、かつ、
前記ｂ）段階のグリコール熱化学反応の反応時間は、結晶核シードがα−アルミナシードである場合に２３０℃以上で３〜４８時間実施され、結晶核シードがα−酸化鉄である場合に２５０℃以上で３〜４８時間実施されるα-アルミナナノ粉末の製造方法を提供す
る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法は、均一な形状および粒子径を有するα-アルミナナノ粉末を提供することができる。さらに、アルミニウムアルコキシドを前駆体として用いても、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属の含有量を２０ｐｐｍ未満に低減することができる。また、α-アルミナナノ粉末を低温で得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者らは、均一な粒子形状と粒子径分布とを有する高純度のα-アルミナナノ粉末の製造方法について研究した。その結果、α-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液にアルミニウムアルコキシドを添加してグリコレート反応させ、さらにこれをグリコール熱化学反応させたところ、得られたα-アルミナナノ粉末は、均一な粒子形状および粒子径分布を有し、低温で生成できるだけでなく、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の汚染が低減されており純度が顕著に向上していることを確認し、本発明を完成した。
【００１２】
本発明のα-アルミナナノ粉末の製造方法は、結晶核シードとしてα-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液中で、アルミニウムアルコキシドをグリコレート反応させた後、前記反応物をグリコール熱化学反応させることを特徴とする。
【００１３】
本発明に用いられる前記ａ）段階のα-酸化鉄およびα-アルミナの粒子径は、５０〜６０ｎｍであるのが好ましい。本発明において、α-酸化鉄は、MacCallum法（R.B. MacCallum, Preparation of Ferric Oxide Sols and Sol Particles, U.S. Patent No. ３,２６７,０４１, August １６, １９６６）によって製造したα-酸化鉄を使用した。
【００１４】
まず、Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ ２２．７ｇを蒸溜水１００ｍＬに溶解した後、ゆっ
くり攪拌しながらアンモニア水溶液（２８％）３０ｍＬを添加し沈殿させる。この沈殿物を、遠心機を用いて蒸溜水で５回洗浄してから、氷酢酸（２９％）１２．５ｍＬを添加して、この溶液を１８時間攪拌する。前記攪拌されたゾル溶液を、還流装置を利用して８０℃で４８時間攪拌しながら反応させる。このゾル溶液を、遠心機を利用してエタノールで５回洗浄し、エタノール５００ｍＬに分散させておく。
【００１５】
また、前記ａ）段階のα-アルミナとしては、粒子径が２００〜２５０ｎｍであるＡＫＰ５０を粉砕して使用する。
【００１６】
前記α-酸化鉄およびα-アルミナは、初期出発（Initial）粒度を決めて、シード濃度を通じてα-アルミナナノ粉末サイズを調節できる。シードによる相転移制御は、いくつかのパラメーターを満足させることによりその効果が得られる。
【００１７】
前記α-酸化鉄とα-アルミナとは、非常に近似した構造を有しており、不一致程度が５％程度に過ぎない。また、微細なα-酸化鉄の分散特性は、グリコール溶液である１，４-ブタンジオール溶液中のアルミニウム前駆体の特性に適合している。したがって、α-酸化鉄の添加によってα-アルミナへの相転移が容易になり、それによりα-アルミナのエピタキシャル核生成および粒子成長に寄与する。また、液状粉末合成法において、α-酸化鉄をシードとして添加すると、低温でアルミナを製造することができるのは勿論、シード濃度によって生成されるα-アルミナの粒子径を制御することができる。
【００１８】
本発明に用いられる前記ｂ）段階のグリコール溶液は、１，４-ブタンジオールであるのが好ましい。
【００１９】
本発明に用いられる前記ｂ）段階のアルミニウムアルコキシドは、アルミニウムイソプロポキシドであるのが好ましく、前記ａ）段階のグリコール溶液に対して０．２５〜１．０モル／Ｌの濃度で用いられるのが好ましい。
【００２０】
前記アルミニウムアルコキシドの含量は、反応時間および生成物の結晶成長に影響を与える。したがって、収率を考慮せずに粒子径だけを規定する場合、アルミニウムアルコキシドをより低い濃度で用いれば、より小さい粒子が得ることができ好ましい。
【００２１】
金属アルコキシド物質とアルコールとは化学量論的に反応し、水またはアルコールなどの副産物が生成する。これらの副産物は除去が容易である。したがって、本発明における前記ａ）段階のグリコレート反応は、グリコレート反応の副産物として生成されたアルコール、つまり、イソプロパノールがα-アルミナの形状に影響を与えないために、還流システムではなく大気中で反応させるのが好ましい。
【００２２】
本発明は具体的に、α-酸化鉄またはα-アルミナを適正な割合でエタノールに分散させたシード溶液を準備する。これをグリコール溶液である１，４-ブタンジオールに添加する。この溶液を１００℃以上の温度に加熱した後、この溶液を攪拌しながら、そこにグリコール溶液１Ｌに対して０．２５〜１．０モルとなるようにアルミニウムイソプロポキシドをゆっくり添加する。この混合液を２００℃まで加熱し、その温度で２時間強く攪拌しながらグリコレート反応を進める。その後、グリコレート反応が終わった混合液を耐圧反応器に投入してグリコール熱化学反応を行なう。
【００２３】
前記グリコール熱化学反応時、反応温度までの昇温速度は３℃/minであるのが好ましい。また、反応時間は結晶核シードがα-アルミナシードである場合には２３０℃以上で３〜４８時間実施するのが好ましく、結晶核シードがα-酸化鉄である場合には２５０℃以上で３〜４８時間実施するのが好ましい。
【００２４】
前記のように製造された反応生成物はエタノールで洗浄した後、エタノールに分散させておく。
【００２５】
本発明の製造方法は、均一な形状および粒子径を有するα-アルミナナノ粉末を提供することができる。さらに、アルミニウムアルコキシドを前駆体として用いても、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属の含有量を２０ｐｐｍ未満に低減することができる。また、α-アルミナナノ粉末を低温で得ることができる。
【００２６】
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限られるわけではない。
【００２７】
［実施例］
［実施例１］
（シード溶液の製造）
α-酸化鉄シード溶液は下記のような方法で製造した。
【００２８】
まず、Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ（α-酸化鉄）２２．７ｇを蒸溜水１００ｍＬに溶解した後、ゆっくり攪拌しながらアンモニア水溶液（２８％）３０ｍＬを添加して沈殿させた。この沈殿物を、遠心機を用いて蒸溜水で５回洗浄した後、氷酢酸（２９％）１２．５ｍＬを添加し、１８時間攪拌した。前記攪拌されたゾル溶液を、還流装置を利用して８０℃で４８時間攪拌した。前記反応したゾル溶液を、遠心機を用いてエタノールで５回洗浄してエタノール５００ｍＬに分散させた。
（α-アルミナナノ粉末の製造）
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール（1,4-butanediol、Yakuri）２００ｍＬに、エタノールに分散させたα-酸化鉄シード溶液２０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分間以上加熱してエタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド（aluminum isopropoxide、Yakuri）３０．６４ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液５００ｍＬをニッケルで内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２７５℃で２４時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１８０〜２５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００２９】
［実施例２］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、前記実施例１で製造した、エタノールに分散させたα-酸化鉄シード溶液５ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分間以上加熱してエタノールを蒸発させた。この溶液に、アルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（Ｒ）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径２００〜３００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３１】
［実施例３］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド５．１１ｇ（１．０２１ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は、全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．５０モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬを、テフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１５０〜２００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３２】
［実施例４］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１８０〜２５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３３】
［実施例５］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド２．５５ｇ（０．５１１ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は、全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．２５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。
磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１００〜５００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３４】
［実施例６］
前記実施例１で調製されたα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬ（遠心機を用いて洗浄されていない）を、２００℃に加熱したグリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに１滴ずつ落として、シード溶液内の氷酢酸を蒸発させた。シード溶液が分散されたグリコール溶液の量が５０ｍＬになるように１，４-ブタンジオールを添加した後、この溶液を１００℃に加熱した。溶液に、アルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１００〜１５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３５】
［実施例７］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して２×１０ 13 個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２３０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径２００〜２５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３６】
［実施例８］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール２００ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液２０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド３０．６４ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０ 13 個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液５００ｍＬをニッケルで内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２７５℃で１２時間グリコール熱化学反応させて、粒子径５００〜６００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３７】
［実施例９］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール２００ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液２０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド１０．３１ｇ（０．５１１ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０ 13 個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．２５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液５００ｍＬをニッケルで内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２７５℃で１２時間グリコール熱化学反応させて、粒子径２００〜４００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３８】
［試験例］
前記実施例１〜９で製造したα-アルミナ粉末の粒子形状をFESEM（field emission scanning electron microscope、３万倍，５万倍）を利用して観察した。その結果を図１〜９に示した。
【００３９】
図１〜９に示すように、前記実施例１〜９で製造したα-アルミナ粉末の粒子形状は球形であり、粒子径の分布が均一な状態であることが確認できた。
【００４０】
図３〜４から、アルミニウムイソプロポキシドの含量が増加するほどα-アルミナの粒子径が増加することが確認できた。また、図４と図６から、シードの処理方法が、得られるα-アルミナ粉末の粒子径に影響を与え、遠心分離によってシード溶液を洗浄することよりもシード溶液内の不純物を蒸発させて直接グリコールに分散させる方法が、粒子径を更に減少させることが分かった。図７と図８から、長時間反応であっても低温での反応を通じて、α-アルミナ粒子の成長が抑制されて、微細で均一な粒子径分布の粒子が得られることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例による（実施例１）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図２】本発明の一実施例による（実施例２）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図３】本発明の一実施例による（実施例３）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図４】本発明の一実施例による（実施例４）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図５】本発明の一実施例による（実施例５）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図６】本発明の一実施例による（実施例６）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図７】本発明の一実施例による（実施例７）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図８】本発明の一実施例による（実施例８）α-アルミナ粉末のFESEM写真（3 万倍）である。
【図９】本発明の一実施例による（実施例９）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5 万倍）である。
【０００１】
本発明はα-アルミナナノ粉末の製造方法に関し、さらに詳しくは均一な粒子形状および粒子径分布を有し、低温で生成できるだけでなく、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の含有量が２０ｐｐｍ未満である高純度のα-アルミナナノ粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、応用技術分野においては、ナノ粒子、ナノ構造、ナノデバイスなどナノ技術に対する関心が高まっている。特に、半導体産業では、超高集積回路に関心が寄せられるに伴い、さらに微細な線幅の配線を多層化させる必要性が増加している。
【０００３】
化学機械的平坦化（CMP）技術は、多層配線形成過程で発生する配線の段差を完全平坦
化させる高度な平坦化技術として重要である。この化学機械的平坦化においては、化学的処理された表面がスラリーとパッドの機械的運動によって除去される。化学機械的平坦化に用いられるスラリーは、１０〜１００ナノメータ程度のサイズを有する研磨剤が純水に懸濁されている溶液を指し、研磨剤の種類、サイズ、濃度によって研磨速度、研磨後欠陥発生程度が影響を受ける。
【０００４】
α-アルミナは機械的、電気的、光学的特性が優れており、研磨剤、プラズマ噴霧物質、充填剤、焼結材料、蛍光材料、絶縁材料、光学材料などの様々な用途に用いられている。特に、α-アルミナは、微細で均質な構造を有し、かつ狭い粒子径分布を有するため、精密研磨剤としての用途が要求されている。α-アルミナ粉末を工業的規模で安価に大量生産可能な方法であるバイヤー（Bayer）法は、ボーキサイトを水酸化アルミニウムや遷移アルミナに転換した後、空気中でか焼してα-アルミナを製造する方法である。しかし、上記の方法では、結晶性や純度において優れた特性を有するα-アルミナが得られないだけでなく、中間生成物の水酸化アルミニウムや遷移アルミナの巨大凝集体により、α-アルミナ粉末は粗粒子を含み、不規則な粒子形態を有するという問題がある。また、遷移程度は熱処理温度と時間に依存するため、完全に遷移されるためには１２３０℃程度の高い温度が要求されるという短所がある。
【０００５】
このような問題点を補完してα-アルミナを合成するための方法として、ゾル-ゲル（sol-gel）法、水熱合成法、共沈法などの溶液粉末合成法に対する研究が活発に進められている。液状粉末合成法を利用すれば、高純度の化学量論的な結晶質セラミック微粒子を得ることができる。特に、水熱合成法は非常に低い温度で単結晶粒子を成長させることができ、粒子径と形状とを制御できるため、多くの研究がされ、商業的に適用されている。しかしながら、水熱合成法によるα-アルミナの合成は、密閉反応器内における反応の際に
高温高圧が必要であるために非常に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
このため、水溶液に代えて有機溶媒を利用した合成法が研究されており、Adair等は第２級アルコールであるグリコールを利用して、狭い粒子径分布を有するα-アルミナを合成した。さらに、彼らは、結晶核シードの濃度と攪拌速度とを調整することにより、粒子径および形状を制御可能であるとの結果を得た。しかし、沈殿法によって生成された水酸化アルミニウムを前駆体として利用する場合、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属の汚染を避けることができず、高純度のα-アルミナを製造できないという問題があった。
【０００７】
したがって、均一な粒子形状および粒子径分布を有し、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の汚染を減少させて高純度のα-アルミナを製造する方法に対する研究がさらに要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のような問題点を解決するために、本発明は、均一な粒子形状および粒子径分布を有し、低温で生成できるだけでなく、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の汚染を防止して高純度の球形α-アルミナナノ粉末を製造することができるα-アルミナナノ粉末の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために本発明は、
ａ）結晶核シードとしてα-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液を大気中で１００℃以上の温度に加熱し、この溶液においてアルミニウムアルコキシドをグリコール溶液 1 Ｌに対して０．２５〜１．０モルとなるように添加し、２００℃まで加熱してグリ
コレート反応（glycolation）を行う段階と、
ｂ）前記ａ）段階の反応物をグリコール熱化学反応（glycol thermal reaction）させ
る段階と、を含み、かつ、
前記ｂ）段階のグリコール熱化学反応の反応時間は、結晶核シードがα−アルミナシードである場合に２３０℃以上で３〜４８時間実施され、結晶核シードがα−酸化鉄である場合に２５０℃以上で３〜４８時間実施されるα-アルミナナノ粉末の製造方法を提供す
る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法は、均一な形状および粒子径を有するα-アルミナナノ粉末を提供することができる。さらに、アルミニウムアルコキシドを前駆体として用いても、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属の含有量を２０ｐｐｍ未満に低減することができる。また、α-アルミナナノ粉末を低温で得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者らは、均一な粒子形状と粒子径分布とを有する高純度のα-アルミナナノ粉末の製造方法について研究した。その結果、α-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液にアルミニウムアルコキシドを添加してグリコレート反応させ、さらにこれをグリコール熱化学反応させたところ、得られたα-アルミナナノ粉末は、均一な粒子形状および粒子径分布を有し、低温で生成できるだけでなく、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属の汚染が低減されており純度が顕著に向上していることを確認し、本発明を完成した。
【００１２】
本発明のα-アルミナナノ粉末の製造方法は、結晶核シードとしてα-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液中で、アルミニウムアルコキシドをグリコレート反応させた後、前記反応物をグリコール熱化学反応させることを特徴とする。
【００１３】
本発明に用いられる前記ａ）段階のα-酸化鉄およびα-アルミナの粒子径は、５０〜６０ｎｍであるのが好ましい。本発明において、α-酸化鉄は、MacCallum法（R.B. MacCallum, Preparation of Ferric Oxide Sols and Sol Particles, U.S. Patent No. ３,２６７,０４１, August １６, １９６６）によって製造したα-酸化鉄を使用した。
【００１４】
まず、Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ ２２．７ｇを蒸溜水１００ｍＬに溶解した後、ゆっ
くり攪拌しながらアンモニア水溶液（２８％）３０ｍＬを添加し沈殿させる。この沈殿物を、遠心機を用いて蒸溜水で５回洗浄してから、氷酢酸（２９％）１２．５ｍＬを添加して、この溶液を１８時間攪拌する。前記攪拌されたゾル溶液を、還流装置を利用して８０℃で４８時間攪拌しながら反応させる。このゾル溶液を、遠心機を利用してエタノールで５回洗浄し、エタノール５００ｍＬに分散させておく。
【００１５】
また、前記ａ）段階のα-アルミナとしては、粒子径が２００〜２５０ｎｍであるＡＫＰ５０を粉砕して使用する。
【００１６】
前記α-酸化鉄およびα-アルミナは、初期出発（Initial）粒度を決めて、シード濃度を通じてα-アルミナナノ粉末サイズを調節できる。シードによる相転移制御は、いくつかのパラメーターを満足させることによりその効果が得られる。
【００１７】
前記α-酸化鉄とα-アルミナとは、非常に近似した構造を有しており、不一致程度が５％程度に過ぎない。また、微細なα-酸化鉄の分散特性は、グリコール溶液である１，４-ブタンジオール溶液中のアルミニウム前駆体の特性に適合している。したがって、α-酸化鉄の添加によってα-アルミナへの相転移が容易になり、それによりα-アルミナのエピタキシャル核生成および粒子成長に寄与する。また、液状粉末合成法において、α-酸化鉄をシードとして添加すると、低温でアルミナを製造することができるのは勿論、シード濃度によって生成されるα-アルミナの粒子径を制御することができる。
【００１８】
本発明に用いられる前記ｂ）段階のグリコール溶液は、１，４-ブタンジオールであるのが好ましい。
【００１９】
本発明に用いられる前記ｂ）段階のアルミニウムアルコキシドは、アルミニウムイソプロポキシドであるのが好ましく、前記ａ）段階のグリコール溶液に対して０．２５〜１．０モル／Ｌの濃度で用いられるのが好ましい。
【００２０】
前記アルミニウムアルコキシドの含量は、反応時間および生成物の結晶成長に影響を与える。したがって、収率を考慮せずに粒子径だけを規定する場合、アルミニウムアルコキシドをより低い濃度で用いれば、より小さい粒子が得ることができ好ましい。
【００２１】
金属アルコキシド物質とアルコールとは化学量論的に反応し、水またはアルコールなどの副産物が生成する。これらの副産物は除去が容易である。したがって、本発明における前記ａ）段階のグリコレート反応は、グリコレート反応の副産物として生成されたアルコール、つまり、イソプロパノールがα-アルミナの形状に影響を与えないために、還流システムではなく大気中で反応させるのが好ましい。
【００２２】
本発明は具体的に、α-酸化鉄またはα-アルミナを適正な割合でエタノールに分散させたシード溶液を準備する。これをグリコール溶液である１，４-ブタンジオールに添加する。この溶液を１００℃以上の温度に加熱した後、この溶液を攪拌しながら、そこにグリコール溶液１Ｌに対して０．２５〜１．０モルとなるようにアルミニウムイソプロポキシドをゆっくり添加する。この混合液を２００℃まで加熱し、その温度で２時間強く攪拌しながらグリコレート反応を進める。その後、グリコレート反応が終わった混合液を耐圧反応器に投入してグリコール熱化学反応を行なう。
【００２３】
前記グリコール熱化学反応時、反応温度までの昇温速度は３℃/minであるのが好ましい。また、反応時間は結晶核シードがα-アルミナシードである場合には２３０℃以上で３〜４８時間実施するのが好ましく、結晶核シードがα-酸化鉄である場合には２５０℃以上で３〜４８時間実施するのが好ましい。
【００２４】
前記のように製造された反応生成物はエタノールで洗浄した後、エタノールに分散させておく。
【００２５】
本発明の製造方法は、均一な形状および粒子径を有するα-アルミナナノ粉末を提供することができる。さらに、アルミニウムアルコキシドを前駆体として用いても、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属の含有量を２０ｐｐｍ未満に低減することができる。また、α-アルミナナノ粉末を低温で得ることができる。
【００２６】
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限られるわけではない。
【００２７】
［実施例］
［実施例１］
（シード溶液の製造）
α-酸化鉄シード溶液は下記のような方法で製造した。
【００２８】
まず、Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ（α-酸化鉄）２２．７ｇを蒸溜水１００ｍＬに溶解した後、ゆっくり攪拌しながらアンモニア水溶液（２８％）３０ｍＬを添加して沈殿させた。この沈殿物を、遠心機を用いて蒸溜水で５回洗浄した後、氷酢酸（２９％）１２．５ｍＬを添加し、１８時間攪拌した。前記攪拌されたゾル溶液を、還流装置を利用して８０℃で４８時間攪拌した。前記反応したゾル溶液を、遠心機を用いてエタノールで５回洗浄してエタノール５００ｍＬに分散させた。
（α-アルミナナノ粉末の製造）
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール（1,4-butanediol、Yakuri）２００ｍＬに、エタノールに分散させたα-酸化鉄シード溶液２０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分間以上加熱してエタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド（aluminum isopropoxide、Yakuri）３０．６４ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液５００ｍＬをニッケルで内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２７５℃で２４時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１８０〜２５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００２９】
［実施例２］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、前記実施例１で製造した、エタノールに分散させたα-酸化鉄シード溶液５ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分間以上加熱してエタノールを蒸発させた。この溶液に、アルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（Ｒ）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径２００〜３００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３１】
［実施例３］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド５．１１ｇ（１．０２１ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は、全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．５０モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬを、テフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１５０〜２００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３２】
［実施例４］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１８０〜２５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３３】
［実施例５］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド２．５５ｇ（０．５１１ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は、全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．２５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。
磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１００〜５００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３４】
［実施例６］
前記実施例１で調製されたα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬ（遠心機を用いて洗浄されていない）を、２００℃に加熱したグリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに１滴ずつ落として、シード溶液内の氷酢酸を蒸発させた。シード溶液が分散されたグリコール溶液の量が５０ｍＬになるように１，４-ブタンジオールを添加した後、この溶液を１００℃に加熱した。溶液に、アルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して２×１０13個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２５０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径１００〜１５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３５】
［実施例７］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール５０ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液１０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド７．６６ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して２×１０ 13 個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液１００ｍＬをテフロン（登録商標）で内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２３０℃で４８時間グリコール熱化学反応させて、粒子径２００〜２５０ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３６】
［実施例８］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール２００ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液２０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド３０．６４ｇ（１．５３２ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０ 13 個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．７５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液５００ｍＬをニッケルで内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２７５℃で１２時間グリコール熱化学反応させて、粒子径５００〜６００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３７】
［実施例９］
グリコール溶液である１，４-ブタンジオール２００ｍＬに、エタノールに分散させた前記実施例１で製造したα-酸化鉄シード溶液２０ｍＬを添加した。この溶液を１００℃で３０分以上加熱して、エタノールを蒸発させた。ここにアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシド１０．３１ｇ（０．５１１ｇ/１０ｍＬ １，４-ブタンジオール）をゆっくり添加し、２００℃で２時間グリコレート反応させた。この時、シード溶液の濃度は全溶液に対して１×１０ 13 個/ｍＬであり、アルミニウムイソプロポキシドは１，４-ブタンジオールに対して０．２５モル／Ｌの濃度であった。前記反応が完了した後、ゾル状態の溶液５００ｍＬをニッケルで内張りされた耐圧反応器に入れた。磁性攪拌棒で攪拌しながら２７５℃で１２時間グリコール熱化学反応させて、粒子径２００〜４００ｎｍのα-アルミナ粉末を製造した。
【００３８】
［試験例］
前記実施例１〜９で製造したα-アルミナ粉末の粒子形状をFESEM（field emission scanning electron microscope、３万倍，５万倍）を利用して観察した。その結果を図１〜９に示した。
【００３９】
図１〜９に示すように、前記実施例１〜９で製造したα-アルミナ粉末の粒子形状は球形であり、粒子径の分布が均一な状態であることが確認できた。
【００４０】
図３〜４から、アルミニウムイソプロポキシドの含量が増加するほどα-アルミナの粒子径が増加することが確認できた。また、図４と図６から、シードの処理方法が、得られるα-アルミナ粉末の粒子径に影響を与え、遠心分離によってシード溶液を洗浄することよりもシード溶液内の不純物を蒸発させて直接グリコールに分散させる方法が、粒子径を更に減少させることが分かった。図７と図８から、長時間反応であっても低温での反応を通じて、α-アルミナ粒子の成長が抑制されて、微細で均一な粒子径分布の粒子が得られることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例による（実施例１）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図２】本発明の一実施例による（実施例２）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図３】本発明の一実施例による（実施例３）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図４】本発明の一実施例による（実施例４）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図５】本発明の一実施例による（実施例５）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図６】本発明の一実施例による（実施例６）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図７】本発明の一実施例による（実施例７）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5万倍）である。
【図８】本発明の一実施例による（実施例８）α-アルミナ粉末のFESEM写真（3 万倍）である。
【図９】本発明の一実施例による（実施例９）α-アルミナ粉末のFESEM写真（5 万倍）である。
Claims (4)
- ａ）結晶核シードとしてα-酸化鉄またはα-アルミナを含むグリコール溶液を大気中で１００℃以上の温度に加熱し、この溶液においてアルミニウムアルコキシドをグリコール溶液 1 Ｌに対して０．２５〜１．０モルとなるように添加し、２００℃まで加熱してグリ
コレート反応（glycolation）を行う段階と、
ｂ）前記ａ）段階の反応物をグリコール熱化学反応（glycol thermal reaction）させ
る段階と、を含み、かつ、
前記ｂ）段階のグリコール熱化学反応の反応時間は、結晶核シードがα−アルミナシードである場合に２３０℃以上で３〜４８時間実施され、結晶核シードがα−酸化鉄である場合に２５０℃以上で３〜４８時間実施されることを特徴とするα-アルミナナノ粉末の
製造方法。 - 結晶核シードであるα-酸化鉄およびα-アルミナの粒子径が、５０〜６０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のα-アルミナナノ粉末の製造方法。
- α-アルミナナノ粉末が、Ｎａ、Ｋのようなアルカリ金属を２０ｐｐｍ未満含むことを
特徴とする、請求項１に記載のα-アルミナナノ粉末の製造方法。 - α-アルミナナノ粉末が球形であることを特徴とする、請求項１に記載のα-アルミナナノ粉末の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0000468A KR100467811B1 (ko) | 2002-01-04 | 2002-01-04 | α-알루미나 나노입자의 제조방법 |
| PCT/KR2003/000009 WO2003059819A1 (en) | 2002-01-04 | 2003-01-03 | METHOD FOR PREPARING OF α-ALUMINA NANO POWDER |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005514314A JP2005514314A (ja) | 2005-05-19 |
| JP4091547B2 true JP4091547B2 (ja) | 2008-05-28 |
Family
ID=19718171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003559929A Expired - Fee Related JP4091547B2 (ja) | 2002-01-04 | 2003-01-03 | α−アルミナナノ粉末の製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7115243B2 (ja) |
| EP (1) | EP1461289A4 (ja) |
| JP (1) | JP4091547B2 (ja) |
| KR (1) | KR100467811B1 (ja) |
| CN (1) | CN100515949C (ja) |
| AU (1) | AU2003202147A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003059819A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7422730B2 (en) * | 2003-04-02 | 2008-09-09 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Nanoporous ultrafine α-alumina powders and sol-gel process of preparing same |
| CN1295152C (zh) * | 2005-03-25 | 2007-01-17 | 天津大学 | 制备纳米氧化铝粉的电弧喷涂反应合成设备及方法 |
| KR100784167B1 (ko) * | 2006-11-21 | 2007-12-10 | 광주과학기술원 | 알루미나-기반 산화철 나노 입자 |
| DE102006059216A1 (de) * | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. | Anorganische Metalloxid-Nanopartikel und Metalloxid-Nanopartikel enthaltende Komposite |
| MX2009007583A (es) | 2007-01-15 | 2009-07-22 | Saint Gobain Ceramics | Material en particulas ceramico, y procedimientos para formar el mismo. |
| US20090035240A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Maes Daniel H | Aqueous Based Cosmetic Compositions Containing Resveratrol Derivatives And An Aqueous Phase Structuring Agent |
| FR2943333B1 (fr) | 2009-03-20 | 2011-08-05 | Baikowski | Alumine, luminophores et composes mixtes ainsi que procedes de preparation associes |
| CN105473256B (zh) | 2013-11-28 | 2017-11-10 | Lg化学株式会社 | 中空金属粒子、包含所述中空金属粒子的电极催化剂、包含所述电极催化剂的电化学电池，以及制备中空金属粒子的方法 |
| KR101640676B1 (ko) | 2013-11-29 | 2016-07-18 | 주식회사 엘지화학 | 요크-쉘 입자, 촉매 및 이의 제조방법 |
| CN106435237B (zh) * | 2016-09-20 | 2018-04-06 | 天津大学 | 一种纳米二氧化钛增强铜基复合材料的制备方法 |
| KR102241091B1 (ko) * | 2019-12-13 | 2021-04-19 | 한국세라믹기술원 | 명도가 개선된 코발트알루미늄옥사이드의 제조방법 |
| CN111484050B (zh) * | 2020-04-21 | 2021-05-18 | 北京邮电大学 | 一种类球形α相纳米氧化铝的制备方法 |
| CN114560485B (zh) * | 2022-03-19 | 2024-03-22 | 长沙宁曦新材料有限公司 | 一种超细氧化铝的制备方法 |
| CN114956140B (zh) * | 2022-05-24 | 2023-08-08 | 河南天马新材料股份有限公司 | 一种球形氧化铝粉体的制备方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4024231A (en) * | 1972-08-10 | 1977-05-17 | Continental Oil Company | Producing alumina having a majority of pore diameters of 35-80A |
| JPS593020A (ja) | 1982-06-26 | 1984-01-09 | Taki Chem Co Ltd | 新規なアルミナ粉末及びその製造方法 |
| JPS60103024A (ja) | 1983-11-09 | 1985-06-07 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 水酸化アルミニウム粉末およびアルミナ粉末の製造法 |
| JPS60166219A (ja) | 1984-02-06 | 1985-08-29 | Taki Chem Co Ltd | 新規アルミナ粉末及びその製造法 |
| USH189H (en) * | 1985-07-16 | 1987-01-06 | Norton Company | Process for production of alpha alumina bodies by sintering seeded boehmite made from alumina hydrates |
| JPS62105921A (ja) | 1985-10-30 | 1987-05-16 | Taki Chem Co Ltd | アルミナ粉末の製造方法 |
| US4822592A (en) * | 1987-02-05 | 1989-04-18 | Aluminum Company Of America | Producing alpha alumina particles with pressurized acidic steam |
| JP2642685B2 (ja) * | 1988-09-06 | 1997-08-20 | 工業技術院長 | アルミナの製造方法 |
| DE69208753T2 (de) | 1991-07-09 | 1996-09-26 | Agency Ind Science Techn | Verfahren zur Herstellung feiner plättchenförmiger Partikel sowie plastische Werkstoffe basierend auf Aluminiumoxid |
| AU699077B2 (en) * | 1995-02-21 | 1998-11-19 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Alpha-alumina and method for producing the same |
| US5759213A (en) * | 1995-04-24 | 1998-06-02 | University Of Florida | Method for controlling the size and morphology of alpha-alumina particles |
| KR20020062088A (ko) * | 2001-01-19 | 2002-07-25 | (주)디오 | 고순도 초미립 알파 알루미나 분말을 제조하는 방법 |
| US20040198584A1 (en) * | 2003-04-02 | 2004-10-07 | Saint-Gobain Ceramics & Plastic, Inc. | Nanoporous ultrafine alpha-alumina powders and freeze drying process of preparing same |
| TWI367864B (en) * | 2004-03-17 | 2012-07-11 | Sumitomo Chemical Co | A method for producing an α-alumina particle |
-
2002
- 2002-01-04 KR KR10-2002-0000468A patent/KR100467811B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-01-03 EP EP03701153A patent/EP1461289A4/en not_active Withdrawn
- 2003-01-03 WO PCT/KR2003/000009 patent/WO2003059819A1/en active Application Filing
- 2003-01-03 CN CNB038000652A patent/CN100515949C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-01-03 US US10/469,882 patent/US7115243B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-01-03 AU AU2003202147A patent/AU2003202147A1/en not_active Abandoned
- 2003-01-03 JP JP2003559929A patent/JP4091547B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030059725A (ko) | 2003-07-10 |
| US7115243B2 (en) | 2006-10-03 |
| EP1461289A1 (en) | 2004-09-29 |
| KR100467811B1 (ko) | 2005-01-24 |
| EP1461289A4 (en) | 2011-01-05 |
| US20050106096A1 (en) | 2005-05-19 |
| CN100515949C (zh) | 2009-07-22 |
| AU2003202147A1 (en) | 2003-07-30 |
| WO2003059819A1 (en) | 2003-07-24 |
| CN1496335A (zh) | 2004-05-12 |
| JP2005514314A (ja) | 2005-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4091547B2 (ja) | α−アルミナナノ粉末の製造方法 | |
| JP4118818B2 (ja) | 単結晶酸化セリウム粉末の製造方法 | |
| TWI308928B (en) | Abrasive particulate material, and method of planarizing a workpiece using the abrasive particulate material | |
| RU2137715C1 (ru) | Порошок комплексного оксида металла, порошок иттрий-алюминиевого граната (варианты) и способ получения порошка комплексного оксида металла | |
| KR100691908B1 (ko) | 금속산화물 표면에 금속산화물 초미립자를 코팅하는 방법및 이로부터 제조된 코팅체 | |
| Aimable et al. | Polymer-assisted precipitation of ZnO nanoparticles with narrow particle size distribution | |
| US7674525B2 (en) | Process for producing fine α-alumina particles | |
| Dippong et al. | Magnetic properties evolution of the CoxFe3-xO4/SiO2 system due to advanced thermal treatment at 700° C and 1000° C | |
| TW200951070A (en) | Doped ceria abrasives with controlled morphology and preparation thereof | |
| JP5836472B2 (ja) | 結晶性酸化セリウム及びその製造方法 | |
| JP2008100871A (ja) | ε酸化鉄の製法 | |
| Wang et al. | Development of carbon sphere/ceria (CS/CeO2) heterostructured particles and their applications to functional abrasives toward photochemical mechanical polishing | |
| JP2005255450A (ja) | 酸化ジルコニウム結晶粒子とその製造方法 | |
| JP2012197473A (ja) | 還元雰囲気下超臨界水熱反応による金属・合金ナノ粒子の合成法 | |
| KR100873945B1 (ko) | 미세 산화세륨 분말 그 제조 방법 및 이를 포함하는 씨엠피슬러리 | |
| TWI262172B (en) | Method for producing nano-scale theta-phase alumina microparticles | |
| Li et al. | Controllable synthesis of polyhedral YF 3 microcrystals via a potassium sodium tartrate-assisted hydrothermal route | |
| Guo et al. | Controlling the particle size of nanocrystalline titania via a thermal dissociation of substrates with ammonium chloride | |
| JP2007084755A (ja) | 研磨用複合酸化物粒子とその製造方法、スラリー状研磨材 | |
| JP2001253709A (ja) | 結晶性酸化第二セリウム粒子の製造方法 | |
| JPS58213633A (ja) | 酸化アルミニウムの製造方法 | |
| McCormick et al. | Recent developments in mechanochemical nanoparticle synthesis | |
| Castkova et al. | Sintering of Ce, Sm, and Pr oxide nanorods | |
| JP6298385B2 (ja) | 金属酸化物微粒子の製造方法および金属酸化物微粒子、ならびにその粉末、分散液、分散体および被覆基材 | |
| JP7402565B2 (ja) | セリウム酸化物粒子の製造方法、研磨粒子及びそれを含む研磨用スラリー組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070703 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20070926 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20071003 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20071031 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20071107 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071203 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080219 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120307 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |