JP4547770B2

JP4547770B2 - アルミナ粉末の製造方法

Info

Publication number: JP4547770B2
Application number: JP2000127221A
Authority: JP
Inventors: 浩二山本; 美明竹内
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: JP2001302233A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミナ粉末の製造方法に関するものである。詳細には、セラミックスの原料粉末として好適なアルミナ粉末の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミナ粉末はセラミックス材料等の各種焼結体の原料や研磨材、各種の充填材として知られ、広く使用されている。一般に、多結晶セラミックスの機械的強度を向上させる観点からはセラミックスを緻密質にすることが必要であり、そのためには原料であるアルミナ粉末を高温で焼結する方法が好ましいと考えられている。しかし、高温で焼結する場合には、多結晶セラミックスの結晶粒（グレイン）が粗大化し、機械的強度が低下することがある。そこで、結晶粒の粗大化を抑制するためには、焼結は可能なかぎり低温で行うことが好ましく、低温焼結でも緻密質な多結晶セラミックスが得られる焼結性に優れるアルミナ粉末の要望がある。また、高温で焼結する場合には、エネルギー消費が増大し、生産コストの上昇を招く問題もあった。
【０００３】
従来より、アルミナ粉末の焼結性を向上させる為に、原料アルミナを粉砕によって微細化する方法が知られている。例えば、アルミニウムアルコキシドを加水分解して得られる高純度アルミナを振動ボールミルにより粉砕する方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、この方法で得られるアルミナ粉末を使ってセラミックスを製造する場合、焼結を低温で行うと緻密質のセラミックスが得られないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、焼結を低温で行うときでも緻密質のセラミックスを得ることが可能な焼結性に優れるアルミナ粉末を製造するための方法を提供することにある。
【０００６】
本発明者等は、焼結性に優れるアルミナ粉末の製造方法について鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、純度が９９．９％以上であり、ＢＥＴ比表面積が１〜７０ｍ²／ｇである原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機により、比消費エネルギー０．３〜１ｋＷｈ／ｋｇで乾式粉砕することを特徴とするアルミナ粉末の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミナ粉末の製造方法について詳しく述べる。本発明に用いる原料アルミナはＡｌ₂Ｏ₃なる組成式を有し、純度が９９．９％以上、ＢＥＴ比表面積が１〜７０ｍ²／ｇ、好ましくは２〜３０ｍ²／ｇであり、通常、その結晶構造はα型である。また、この原料アルミナは、結晶構造がγ、δ、θ、η、χ、κ等の型である中間アルミナを含むものであってもよい。原料アルミナは珪素、ナトリウム、カルシウム等の微量不純物の含有量が少ないものが好ましい。これらの不純物を低減することによって、結晶粒界へのガラス相の形成を抑制し、結晶粒（グレイン）の粗大化を防止することが可能となる。通常、アルミナ粉末の純度が高くなるほど結晶粒径（グレイン径）が均一で緻密質なセラミックスが得られやすくなる。
【０００９】
この原料アルミナは、例えばアルコキシド法、改良バイヤー法、アンモニウム明ばん熱分解法、アンモニウムドーソナイト熱分解法等、好ましくはアルコキシド法によって得ることができる。アルコキシド法によれば、原料アルミナ粉末の純度を高くしたり、粒度分布を均一にすることが容易にできるようになる。具体的には、精製したアルミニウムアルコキシドを加水分解して得られる水酸化アルミニウムを１１００℃以上の空気中で焼成する方法が挙げられる。もちろん、前記した純度、ＢＥＴ比表面積を有するものであれば、市販のアルミナを用いてもよい。
【００１０】
本発明では、前記の原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機で乾式粉砕する。媒体攪拌式粉砕機とは、容器中にボール、ビーズ等の粉砕媒体を入れ、挿入した攪拌機構によってこの粉砕媒体に力を伝達し、主として媒体の剪断・摩擦作用によって粉砕を行う粉砕機である。この粉砕機はその構造に従って、スクリュー型（図１-(a)、塔型と呼ばれることもある。）、流通管型（図１-(b)、ディスク型と呼ばれることもある。）、アニュラー型（図１-(c)、環状型と呼ばれることもある。
）、攪拌槽型（図１-(d)）等に大別される。。
【００１１】
ここで、各型の媒体攪拌式粉砕機の構造等について図１を参照して説明する。
スクリュー型は、図１−(a)に示すように、容器２の中に攪拌軸１に接続されたスクリュー３を入れた構造であって、このスクリュー３により容器２の底部にある粉砕媒体７が容器２の上部へ運搬され、次いで容器２の上部へ運搬された粉砕媒体７が容器２の内壁にそって容器２の底部に落下し、底部の中心部に移動するといった循環運動することによって原料アルミナ（図示せず）に剪断・摩擦作用を生じさせる型式である。この型では通常、原料アルミナは容器２の底部へ導入される。流通管型は、図１−(b)に示すように、容器２の中に攪拌軸１に接続されたディスク４を入れた構造であって、回転するディスク４によって粉砕媒体７に力が伝達され、粉砕媒体７が円運動することによって原料アルミナに剪断・摩擦作用を生じさせる型式である。アニュラー型は、図１−(c)に示すように、容器２の中に攪拌軸１に接続された内筒５を入れた構造であって、容器２と回転する内筒５との間隙に詰められた粉砕媒体７が回転する内筒５につられ運動することによって原料アルミナに剪断・摩擦作用を生じさせる型式である。攪拌槽型は、図１−(d)に示すように、容器２の中に攪拌軸１に接続された攪拌アーム６を入れた構造であって、回転する攪拌アーム６によって粉砕媒体７に力が伝達され、粉砕媒体７が上下運動や円運動することによって原料アルミナに剪断・摩擦作用を生じさせる型式である。図１では縦型バッチ式の粉砕機を例に説明したが、この他に横型、また連続式のものがあり、本発明ではこれらのものを適宜選択して又は組合せて使用し粉砕を行ってもよい。
【００１２】
また、媒体攪拌式粉砕機は容器の円筒部がセラミックス製であって、かつ目地等の接合部が少ない構造を有するものが好ましい。このような構造とすることによって、接合部がチッピングすることによる異物混入を防止することが可能となる。市販の媒体攪拌式粉砕機としては、例えば、乾式連続型超微粉砕機（商品名：ダイナミックミルＭＹＤ２５−ＸＡ型、三井鉱山（株）製）が挙げられる。
【００１３】
粉砕媒体には、アルミナ又はジルコニア等のセラミックス製のものが適用可能である。中でもアルミナ製であり球状のものの適用が推奨され、その直径は０．２ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上であり、また１０ｍｍ以下、好ましく８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００１４】
粉砕は比消費エネルギーが０．３〜１ｋＷｈ／ｋｇ、好ましくは０．５〜１ｋＷｈ／ｋｇとなる条件で行う。比消費エネルギーを前記範囲とすることによって、得られるアルミナ粉末の焼結性を向上させることが可能となる。ここでの比消費エネルギーとは、粉砕機に導入する原料アルミナの供給速度をＰ［ｋｇ／ｈ］とし、粉砕機の媒体攪拌機構を駆動するために要する工率をＷ［ｋＷ］としたときに、式（Ｉ）
比消費エネルギー［ｋＷｈ／ｋｇ］＝Ｗ／Ｐ（Ｉ）
により算出される指数であり、工率は例えば、粉砕機の媒体攪拌機構を駆動するための動力源（例えばモーター等）の電力より求めることができる。また、工率は粉砕媒体を攪拌するための攪拌翼の翼長さ、翼枚数や回転数を変えることにより調節することができるので、原料アルミナの供給速度と攪拌翼の回転数等とを適宜調節することによって、所定の比消費エネルギーに設定することが可能である。
【００１５】
粉砕は、媒体攪拌式粉砕機に原料アルミナとともに水、アルコール、脂肪族系有機化合物等の液体を少量導入して行ってもよく、またこれらは粉砕前に原料アルミナに添加しておいてもよい。このときの添加量は通常、原料アルミナに対して約２重量％以下、好ましくは約１重量％以下である。これらは粉砕助剤として作用し、アルミナ粉末の粗粒を低減する効果を有する。
【００１６】
本発明により得られるアルミナ粉末は、低温での焼結性に優れることより、セラミックスの焼結用原料粉末として好適である。また、このアルミナ粉末はそのまま、分級した後又はスラリー化した後、研磨材、樹脂用充填材等として使用することもできる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。アルミナの理論密度は３．９９ｇ／ｃｍ³であり、得られるアルミナセラミックスの焼結密度がこれに近いほど、焼結用原料としてのアルミナ粉末の焼結性が高いことを示す。
【００１８】
原料アルミナ及びアルミナ粉末の物性測定は以下の方法で行った。
純度（％）：発光分光分析法により求めた。
ＢＥＴ比表面積（ｍ²／ｇ）：窒素吸着法により求めた。
結晶構造：Ｘ線回折法により求めた。
焼結密度（ｇ／ｃｍ³）：内径２０ｍｍの円筒金型に試料２ｇを入れ一軸プレスでペレットに成形した後、このペレットを金型から取り出した。次に、取り出したペレットを成形圧１．０ｔ／ｃｍ²（９８．１ＭＰａ）の静水圧プレスで成形した後、１４５０℃の空気中で２時間焼結した。得られた焼結体の密度を水中アルキメデス法により求めた。
【００１９】
実施例１
アルコキシド法により得られた、純度が９９．９９％、ＢＥＴ比表面積が５．５ｍ²／ｇ、結晶構造がα型である原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機（商品名：ダイナミックミルＭＹＤ−２５ＸＡ型、三井鉱山（株）製、粉砕媒体としてアルミナ製５ｍｍφボールを使用、以下「媒体攪拌式粉砕機Ａ」という。）に供給速度１５ｋｇ／ｈで導入し乾式粉砕した。このとき、供給した原料アルミナは粉砕され、粉砕機からアルミナ粉末として定量的に排出されていた。また、粉砕時、媒体攪拌機構を駆動するためのモーターの電力は一定であった。媒体攪拌式粉砕機Ａの媒体攪拌機構を駆動するためのモーターの電力と原料アルミナの供給速度とから求めた比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２０】
実施例２
アルコキシド法により得られた、純度が９９．９９％、ＢＥＴ比表面積が８．５ｍ²／ｇ、結晶構造がα型である原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機Ａに供給速度１５ｋｇ／ｈで導入し乾式粉砕した。比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２１】
実施例３
実施例１で用いたと同種の原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機Ａに供給速度１２ｋｇ／ｈで導入するとともに、水を導入し乾式粉砕した。このときの水の添加量は原料アルミナに対して０．６重量％であった。比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２２】
実施例４
実施例１で用いたと同種の原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機Ａに供給速度１２ｋｇ／ｈで導入するともに、エタノールを導入し乾式粉砕した。このときのエタノールの添加量は原料アルミナに対して０．５重量％であった。比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２３】
実施例５
実施例１で用いたと同種の原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機Ａに供給速度６．５ｋｇ／ｈで導入するともに、プロピレングリコールを導入し乾式粉砕した。このときのプロピレングリコールの添加量は原料アルミナに対して０．５重量％であった。比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２４】
比較例１
実施例１で用いたと同種の原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機Ａに供給速度７．５ｋｇ／ｈで導入するとともに、プロピレングリコールを導入し乾式粉砕した。
このときのプロピレングリコールの添加量は原料アルミナに対して０．５重量％であった。比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２５】
比較例２
実施例２で用いたと同種の原料アルミナを乾式振動ボールミル（商品名：ＹＡＭＢ−８００ＪＷＳ型、安川商事（株）製、粉砕媒体としてアルミナ製１５ｍｍφボールを使用、以下「振動ボールミルＡ」という。）に導入し乾式粉砕した。
比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。工率は振動ボールミルＡを振動させるモーターの電力より求めた。
【００２６】
比較例３
実施例２で用いたと同種の原料アルミナを振動ボールミルＡに導入するとともに、エチレングリコールを導入し乾式粉砕した。このときのエチレングリコールの添加量は原料アルミナに対して０．５重量％であった。比消費エネルギー及び得られたアルミナ粉末の物性を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、焼結を低温で行うときでも緻密質のセラミックスを得ることが可能な優れた焼結性を有するアルミナ粉末を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各型式の媒体攪拌式粉砕機の攪拌機構を示す概略図。
【符号の説明】
１攪拌軸
２容器
３スクリュー
４ディスク
５内筒
６攪拌アーム
７粉砕媒体

Claims

純度が９９．９％以上であり、ＢＥＴ比表面積が１〜７０ｍ²／ｇである原料アルミナを媒体攪拌式粉砕機に、連続的に供給し、かつ連続的に排出し、比消費エネルギー０．３〜１ｋＷｈ／ｋｇで乾式粉砕することを特徴とするアルミナ粉末の製造方法。
原料アルミナがアルコキシド法により得られるアルミナである請求項１記載の方法。