JP4255256B2 - 酸化マグネシウム蒸着材の原料用酸化マグネシウム粉末 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム蒸着法によりＡＣ型プラズマディスプレイパネルの誘電体層の保護膜として機能する酸化マグネシウム膜を成膜する際に用いる酸化マグネシウム蒸着材の製造原料となる酸化マグネシウム粉末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣ型プラズマディスプレイパネル（ＡＣ型ＰＤＰ）の誘電体層の表面には、一般に保護層として酸化マグネシウム膜が形成されている。この酸化マグネシウム膜の成膜には、電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）が広く利用されている。
【０００３】
電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための蒸着材として、従来より酸化マグネシウムの単結晶体が多用されている。また、最近では、酸化マグネシウム粉末を焼結させて得た酸化マグネシウムの多結晶焼結体ペレットの使用も検討されている。
【０００４】
特開平１０−２９１８５４号公報には、高純度の多結晶焼結体ペレットを蒸着材として用いることによって、電子ビーム蒸着法により、ＡＣ型プラズマディスプレイパネルの酸化マグネシウム膜を効率的に成膜できるとの記載がある。なお、この公報の実施例では、純度９９．９％の酸化マグネシウム粉末を用いて純度９９．９％の酸化マグネシウム焼結体ペレットが製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＣ型プラズマディスプレイパネルでは、誘電体層の保護膜として機能する酸化マグネシウム膜の膜厚などが不均一になると、プラズマディスプレイパネルの放電開始電圧や駆動電圧が高くなる傾向にあるため、均質性の高い酸化マグネシウム膜を成膜できる蒸着材の開発が望まれている。特に最近では、ＡＣ型プラズマディスプレイパネルの大画面化が図られており、これに伴い広い面積にわたって均質性の高い酸化マグネシウム膜を短時間で成膜できる蒸着材の開発が望まれている。
【０００６】
本発明者は、種々の酸化マグネシウム粉末を用いて多結晶焼結体ペレットを製造し、その多結晶焼結体ペレット表面の状態を観察したところ、高純度かつ一次粒子がある特定の形状をもつ酸化マグネシウム粉末を用いて製造した焼結体ペレットには、表面に先端が丸味を帯びた突起が多数形成される傾向にあることを見い出した。さらに本発明者は研究を進めたところ、そのような突起が形成された多結晶焼結体ペレットを蒸着材に用いると、表面が平坦な多結晶焼結体ペレットを用いた場合と比べて、広範囲にわたって均質性の高い酸化マグネシウム膜を短時間で成膜することができることが判明した。
従って、本発明の課題は、特に大画面のＡＣ型プラズマディスプレイパネルの誘電体層の保護膜を形成する際に有利に用いることができる酸化マグネシウム蒸着材の製造原料となる酸化マグネシウム粉末を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、純度が９９．９８質量％より高く、ＢＥＴ比表面積が５〜１０ｍ²／ｇの範囲にあり、一次粒子の形状が立方体であることを特徴とする電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための、表面に底部の平均直径が１〜２０μｍの範囲にあり、高さが底部の直径に対して１／５〜４／５の範囲にある、先端が丸味を帯びた突起が多数形成された多結晶焼結体ペレットからなる酸化マグネシウム蒸着材の原料用酸化マグネシウム粉末にある。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、次の通りである。
（１）純度が９９．９８５質量％以上にある。
（２）ＢＥＴ比表面積が７〜９ｍ²／ｇの範囲にある。
（３）気相酸化反応法により製造されたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の酸化マグネシウム粉末はまず、純度が９９．９８質量％より高く、好ましくは９９．９８５質量％以上であることに特徴がある。ここで、酸化マグネシウム粉末の純度は差数法により求めた値であり、具体的には酸化マグネシウム粉末中のカルシウム、ケイ素、鉄、マンガン、亜鉛、クロム、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、ニッケル、ホウ素、ジルコニウム、モリブテン、そしてバナジウムの含有量をそれぞれ定量し、これらの金属含有量を酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化モリブテン（ＭｏＯ）、そして酸化バナジウム（ＶＯ）の酸化物含有量に換算して、１００から差し引いた値である。
【００１０】
本発明の酸化マグネシウム粉末はまた、比表面積が５〜１０ｍ²／ｇの範囲、好ましくは７〜９ｍ²／ｇの範囲にあることにも特徴がある。ここで、酸化マグネシウム粉末の比表面積は、ＢＥＴ法により測定した値である。
【００１１】
本発明の酸化マグネシウム粉末はさらに、一次粒子の形状が立方体であることにも特徴がある。
【００１２】
上記の純度、比表面積、及び粒子形状を満たす酸化マグネシウム粉末は、例えば、高純度の金属マグネシウム蒸気と酸素とを気相中で反応させる気相酸化反応法によって製造することができる。
【００１３】
次に、本発明の酸化マグネシウム粉末を製造原料として用いる多結晶焼結体ペレットの製造方法について説明する。
多結晶焼結体ペレットは、例えば、本発明の酸化マグネシウム粉末を、バインダを含む水性分散媒体に混合分散して酸化マグネシウムスラリを調製し、次いでこの酸化マグネシウムスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥することにより、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得て、得られた造粒物をペレット状に成形し、そしてペレット状成形物を焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させることによって製造することができる。
【００１４】
水性分散媒体には、水と水に相溶性を示す有機溶媒の混合物、もしくは水を用いることができる。特に水を用いることが好ましい。有機溶媒の例としては、エタノールなどのアルコール、アセトンなどのケトンを挙げることができる。水と有機溶媒とを混合する場合の有機溶媒の含有量は全体の５０質量％未満とすることが好ましい。
【００１５】
バインダには、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、及び水溶性アクリル系共重合物などの水溶性ポリマーを用いることができる。水性分散媒体のバインダ濃度は、０．１〜１０質量％の範囲にあることが好ましい。また、水性分散媒体には、分散剤を添加してもよい。この分散剤には、ポリカルボン酸塩、特にポリカルボン酸のアンモニウム塩が好ましく用いることができる。水性分散媒体の分散剤濃度は、０．１〜６質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
酸化マグネシウムスラリ中の酸化マグネシウム粉末の濃度は、３０〜７５質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
酸化マグネシウムスラリを調製してからそのスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥するまでの間に、酸化マグネシウム粉末の表面の一部が水和して水酸化マグネシウムが生成することもある。但し、スラリから得られる造粒物の水和率（造粒物中の水酸化マグネシウム量）は５０質量％以下（特に、３０質量％以下、更に５質量％以下）となるようにすることが好ましい。水和率が５０質量％未満の造粒物を得るには、酸化マグネシウムスラリを調製してからスプレードライヤにより噴霧乾燥するまでの時間を短くする、すなわち酸化マグネシウム粉末と水との接触時間を短くするのが簡便かつ有効な方法である。具体的には、酸化マグネシウムスラリを調製してから、２時間以内にそのスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥することが好ましい。また、酸化マグネシウムスラリを調製してからスプレードライヤにより噴霧乾燥するまでの間は、スラリの温度を３０℃以下（特に、１０〜３０℃）に維持することが好ましい。
【００１８】
酸化マグネシウムスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥する際の乾燥温度は、２００〜２８０℃の範囲にあることが好ましい。
【００１９】
造粒物を成形してペレットを製造する場合には、通常のプレス成形法を用いることができる。成形圧は、０．３〜３トン／ｃｍ²の範囲、好ましくは１〜３トン／ｃｍ²の範囲にある。
【００２０】
ペレット状成形物の焼成は、１４００〜１８００℃の温度にて行うことが好ましい。焼成時間は、成形物のサイズ（特に、厚さ）や焼成温度などの要件により変わるので一律に定めることはできないが、一般に１〜５時間である。
【００２１】
上記のようにして製造される酸化マグネシウムの多結晶焼結体ペレットは、表面に先端が丸味を帯びた突起が多数形成されている。この多結晶焼結体ペレットを用いて酸化マグネシウム膜を成膜すると、表面が平坦な多結晶焼結体ペレットを用いた場合と比べて、広範囲にわたって均質性の高い酸化マグネシウム膜を短時間で成膜することができることの理由は明らかではないが、表面に形成された突起の分だけ電子ビームの照射面積が広くなり、酸化マグネシウム蒸気の生成量が増えるためと考えられる。また、突起の先端が丸味を帯びているので、電子ビームを突起の全体に均一に照射することができる。このため、酸化マグネシウム蒸気の生成量も安定し、突起の先端が欠けにくくなる。
【００２２】
本発明の酸化マグネシウム蒸着材の突起の高さは、突起の底部の直径に対して１／５〜４／５の範囲にあることが好ましく、１／５〜３／５の範囲にあることがより好ましい。また、突起底部の平均直径が１〜２０μｍの範囲にあることが好ましく、１〜１０μｍの範囲にあることがより好ましい。
【００２３】
突起の個数は、１００μｍ×１００μｍ当たり、１〜１００００個の範囲にあることが好ましく、２５〜１０００個の範囲にあることがより好ましい。
【００２４】
本発明の酸化マグネシウム蒸着材において、多結晶焼結体ペレットの結晶粒子の大きさは、１〜２００μｍの範囲にあることが好ましく、１〜１００μｍの範囲にあることがより好ましい。
【００２５】
【実施例】
［実施例１］
気相酸化反応法により製造された酸化マグネシウム粉末（純度：９９．９８５質量％、比表面積：７．５ｍ²／ｇ、一次粒子の形状：立方体）５０質量部を、ポリエチレングリコール濃度６質量％、及びポリカルボン酸アンモニウム塩濃度１質量％の水５０質量部に混合分散して、酸化マグネシウム濃度５０質量％、ポリエチレングリコール濃度３質量％、及びポリカルボン酸アンモニウム塩濃度０．５質量％の酸化マグネシウムスラリ（温度：２５℃）を調製した。調製後スラリ温度を２５℃に維持しながら速やかに（約１５分後）、この酸化マグネシウムスラリをスプレードライヤを用いて噴霧乾燥（乾燥温度：２３０℃）して、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得た。得られた造粒物は、平均粒子径が５０μｍ、水和率が約１質量％であった。この造粒物を成形圧２トン／ｃｍ²にてペレット状（直径６．０ｍｍ、高さ：２．５ｍｍ、成形体密度：２．１９ｇ／ｃｍ³）に成形した。そして最後に、ペレット状成形体を、電気炉を用いて１６５０℃の温度で２時間焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させた。
【００２６】
得られた酸化マグネシウム焼結体ペレットの純度及び相対密度を測定したところ、純度は９９．９８１質量％、相対密度は９６．１％であった。
【００２７】
得られた酸化マグネシウム焼結体ペレットの表面（平坦部）を、電子顕微鏡を用いて真上から観察した。その電子顕微鏡により得られた画像を図１に示す。図１に示すように、焼結体ペレットの表面には直径が約１〜１０μｍの酸化マグネシウム結晶粒子が形成されていることがわかる。
【００２８】
得られた酸化マグネシウム焼結体ペレットを図２に示すように、厚さ方向に切断して、焼結体ペレット１の表面２を、電子顕微鏡を用いて表面２に対して角度θ（約４５度）にて傾けて切断面３側から観察した。その電子顕微鏡により得られた画像を図３に示す。図３に示すように、焼結体ペレットの表面には、先端が丸味を帯びた突起が多数形成されていることがわかる。また、電子顕微鏡の画像から１０個の突起を選び、その突起底部の直径を測定したところ、その平均直径は２．０μｍであった。さらに、その突起の高さを測定し、下記の式により補正したところ、補正後の突起の高さは底部の直径に対して１／５〜３／５の範囲にあった。
【００２９】
【数１】
突起の高さ＝電子顕微鏡画像から測定された突起の高さ×ｓｉｎ（９０−θ）
但し、θは、電子顕微鏡画像を得たときの焼結体ペレットの傾き
【００３０】
【発明の効果】
本発明の酸化マグネシウム粉末を原料として用いることによって、表面に先端が丸味を帯びた突起が多数形成されている多結晶の焼結体ペレットを製造することができる。そして、その焼結体ペレットは、ＡＣ型プラズマディスプレイパネルの酸化マグネシウム膜の成膜用の蒸着材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にて製造した酸化マグネシウム焼結体ペレットの表面を、真上から観察した電子顕微鏡の画像である。
【図２】酸化マグネシウム焼結体ペレットを傾けて、その表面を観察する方法を説明するための図である。
【図３】実施例１にて製造した酸化マグネシウム焼結体ペレットを傾けて、その表面を観察した電子顕微鏡の画像である。
【符号の説明】
１ 酸化マグネシウム焼結体ペレット
２ 表面
３ 切断面

Claims (4)

1. 純度が９９．９８質量％より高く、ＢＥＴ比表面積が５〜１０ｍ²／ｇの範囲にあり、かつ一次粒子の形状が立方体であることを特徴とする電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための、表面に底部の平均直径が１〜２０μｍの範囲にあり、高さが底部の直径に対して１／５〜４／５の範囲にある、先端が丸味を帯びた突起が多数形成された多結晶焼結体ペレットからなる酸化マグネシウム蒸着材の原料用酸化マグネシウム粉末。
2. 純度が９９．９８５質量％以上にあることを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム粉末。
3. ＢＥＴ比表面積が７〜９ｍ²／ｇの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム粉末。
4. 気相酸化反応法により製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム粉末。

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