JPH01119509A - Production of high purity fine mullite powder - Google Patents
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- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は高純度のムライト微粉末の製造方法に関するも
のである。ムライトから得られるセラミックスは、高温
での機械的特性がすぐれており。
耐熱構造材料として有用な材料である。最近では、ムラ
イトを原料とする透光性セラミックス、 IC基板等の
電子セラミックスも開発されおり、高純度で微細なムラ
イト粉末は、このような原料として好適なものである。
〔従来の技術〕
ムライトは、アルミニウムと珪素の複合化合物で、3A
Q、03・2SiO2〜2A Q 20.・5in2の
組成式で表わされる。
ムライトは、熱膨張係数が酸化物セラミックスの中で特
に小さく、かつ密度も低く、高温でのクリープ特性が優
れている。これらの点を生かし、耐熱性構造材としての
研究が盛んに成りつつある。
一般にセラミックス焼結体は、多孔質材料を除き緻密で
かつ微細で均一な組成からできていることが好ましい。
そのためには、粉末原料が微細で高純度な程、焼結温度
が低く、良好な焼結体が得られ、高純度ムライト微粉末
が強く要望されている。従来のムライト粉末の製造方法
は大きく分けて、固相法と湿式法がある。
〔同相法〕
(1)アルミナ粉末とシリカ粉末の混合物を焼成する方
法。
(2)カオリナイト(A Q 、O,・SiO□・H,
O)とアルミナの混合物を焼成する方法。
(3)硫酸アルミニウム、ケイ酸ソーダ及び硫酸ソーダ
を混合し加熱する方法。
〔湿式法〕
(1)アルミニウムアルコキシド、ケイ素アルコキシド
を加水分解し、さらに中和してムライト粉末を製造する
方法(特公昭60−52083号、J、 ofAm、
Ceram、 Soc、 Vo155.Na1l 54
8〜552)(2)アルミナゾルとシリカゾルを混合し
加熱する方法。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、固相法では、固体原料を用いるので混合
に長時間を要し、均一に混合することが難しいため、製
品が不均一となり、100%ムライト構造にすることが
不可能である。また、製品粒子径も原料固体の粒径に依
存するため、微細粒子の製品を得ることが困難である。
さらに、原料に珪酸ソーダ類を用いた場合には、生成物
中にナトリウムやカリウム類が入り易いため、高純度製
品が得られない等の問題がある。
固相法よりすぐれた方法に湿式法があり、アルミニウム
アルコキシド、珪酸アルコキシドを原料として用いるこ
とにより、高純度のムライト粉末が得られるが、しかし
、この場合、原料が高価で加水分解反応を厳密にコント
ロールする必要があり、製造コスト上の問題がある。さ
らに、アルミナゾルとシリカゾルを用いる方法では、製
品純度に問題がある上、製造工程で粒子が凝集しやすい
という欠点がある。
こうした観点から1本発明は微粒子で高純度のムライト
粉末を安価に製造し得る方法を提供することを目的とす
る。
〔問題を解決するための手段〕
本発明者らは、微細で高純度のムライト粉末を安価に製
造し得る方法を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、ハロ
シランと含酸素アルミニラ化合物との反応物ないし混合
物にアルコールと水を加えて加水分解処理してムライト
前駆体を得た後、このムライト前駆体を焼成処理するこ
とにより、その目的を達成し得ることを見出し、本発明
を完成するに到った。
本発明の方法は、ムライト前駆体を生成させる工程と、
ムライト前駆体を焼成処理する工程からなるが、以下に
おいてこれらの各工程について詳述する。
〔ムライト前駆体生成工程〕
本発明で用いる原料は、ハロシランと含酸素アルミニウ
ム化合物である。この場合、ハロシランとしては、分子
中ハロゲン原子とケイ素原子をそれぞれ1個以上有し、
場合によってはそのハロゲン原子が有機基で置換されて
いるものが用いられる1本発明では下記一般式で表わさ
れるものが好ましく用いられる。
R6S 1H4−<n4g) X@ (1
)前記式中、Rはアルキル基やアリール基等の有機基を
表わす、この場合、有機基の炭素数は特に限定されない
、Xはハロゲン原子で、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素が
包含される。nは0〜3、mは0〜4の整数である。
前記ハロシランの具体例を示すと、例えば、テトラハロ
ゲノシラン、トリハロゲノシラン、ジハロゲノシラン、
モノハロゲノシラン、モノアルキルトリハロゲノシラン
、モノアルキルジハロゲノシラン、モノアルキルモノハ
ロゲノシラン、モノアリールトリハロゲノシラン、モノ
アリールジハロゲノシラン、モノアリールモノハロゲノ
シラン、ジアルキルジハロゲノシラン、ジアルキルモノ
ハロゲノシラン、ジアリールジハロゲノシラン、ジアリ
ールモノハロゲノシラン、トリアルキルモノハロゲノシ
ラン、トリアリールモノハロゲノシラン、モノアルキル
モノアリールジハロゲノシラン、ジアルキルモノアリー
ルモノハロゲノシラン、モノアルキルジアリールモノハ
ロゲノシラン等の他。
ヘキサハロゲノジシラン、ペンタハロゲノジシラン、ト
リハロゲノジシラン、ジハロゲノジシラン等のハロゲノ
ジシラン類及びそれらのアルキル及びl又はアリール置
換体等が挙げられる。
含酸素アルミニウム化合物としては、前記ハロシランに
対し反応性ないし加水分解性を示す含酸素基及び/又は
ハロゲンを有しているものが用いられる。本発明では、
下記一般式で表わされるものが用いられ、好ましくは水
酸化アルミニウムが用いられる。
XnA Q (OR)、−n (n)前
記式中、RはH又はアルキル基であり、Xはハロゲン原
子で、塩素、臭素、フッ素、ヨウ素が包含される。nは
0〜3の整数を示す。
このムライト前駆体生成工程では、前記ハロシランと含
酸素アルミニウム化合物とを接触させるとともに反応、
又は混合する。ハロシランとアルミニウム化合物の使用
割合は、アルミニウムとケイ素の原子比(A Q /S
i)で174〜173の範囲にするのが好ましい。
次に、この混合物ないし反応物にアルコールと水を加え
て加水分解処理する。この加水分解処理は、この混合物
ないし反応物にアルコールを加えた後、水を滴下するこ
とによって好まし〈実施することができる。この場合、
アルコールとしては各種のもの、例えば脂肪族アルコー
ル、脂環式アルコール、芳香族アルコール等が使用可能
であるが、脂肪族アルコールとしては、一般には、メタ
ノール、エタノール、プロパツール、ブタノール、ペン
タノール、ヘキサノール、ヘプタツール、オクタツール
、ノナノール及びデカノール及びこれらの異性体から選
択されるものを使用することができ、特に低級アルコー
ルが好ましく用いられる。
アルコールの使用量は、使用するハロシラン1重量部に
対し、4重量部以上が好ましいが、更に好ましい使用量
は10重量部以上である。この加水分解処理により、混
合物ないし反応物中の加水分解性基(ハロゲン、アルコ
キシド基等)が水と反応し、水酸基に変換される。反応
系に共存させたアルコールは、沈殿物の分散性向上、加
水分解反応速度の制御等の作用を示す。
前記ハロシランと含酸素アルミニウム化合物との混合な
いし反応は、溶媒の存在下又は不存在下のいずれでも行
うことができるが、一般には有機溶媒の存在下で行うの
が好ましい。このような有機溶媒としては、芳香族炭化
水素、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素等の炭化水素類
の他、ハロゲン化炭化水素、脂肪族エーテル、脂環式エ
ーテル等が用いられる。
前記のハロシランと含酸素アルミニウム化合物との混合
ないし反応及びその混合物ないし反応物の加水分解処理
では1反応温度及び圧力は特に制限されないが、反応系
が液体を示す温度及び圧力範囲にするのが好ましい。反
応系の雰囲気についても特に制限はなく、空気、不活性
ガスのいずれの雰囲気でもよい。
前記のようにして得られたムライト前駆体は、アルコー
ルや溶媒を濾過や乾燥により分離した後、次の焼成工程
に供給する。[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing high-purity fine mullite powder. Ceramics obtained from mullite have excellent mechanical properties at high temperatures. It is a useful material as a heat-resistant structural material. Recently, translucent ceramics and electronic ceramics such as IC substrates have been developed using mullite as a raw material, and highly pure and fine mullite powder is suitable as such a raw material. [Prior art] Mullite is a composite compound of aluminum and silicon.
Q, 03.2SiO2~2A Q 20. - Represented by a 5in2 composition formula. Mullite has a particularly small coefficient of thermal expansion among oxide ceramics, has a low density, and has excellent creep properties at high temperatures. Taking advantage of these points, research into heat-resistant structural materials is becoming more active. Generally, the ceramic sintered body is preferably made of a dense, fine, and uniform composition excluding porous materials. For this purpose, the finer the powder raw material and the higher the purity, the lower the sintering temperature, and the better the sintered body can be obtained, and there is a strong demand for high purity mullite fine powder. Conventional methods for producing mullite powder can be broadly divided into solid phase methods and wet methods. [In-phase method] (1) A method of firing a mixture of alumina powder and silica powder. (2) Kaolinite (A Q , O, ・SiO□・H,
A method of firing a mixture of O) and alumina. (3) A method of mixing and heating aluminum sulfate, sodium silicate, and sodium sulfate. [Wet method] (1) A method of producing mullite powder by hydrolyzing aluminum alkoxide and silicon alkoxide and further neutralizing them (Japanese Patent Publication No. 60-52083, J, ofAm,
Ceram, Soc, Vo155. Na1l 54
8-552) (2) A method of mixing and heating alumina sol and silica sol. [Problems to be solved by the invention] However, in the solid phase method, since solid raw materials are used, it takes a long time to mix them, and it is difficult to mix them uniformly, resulting in non-uniform products and not having a 100% mullite structure. It is impossible to do so. Furthermore, since the product particle size also depends on the particle size of the raw material solid, it is difficult to obtain a product with fine particles. Furthermore, when sodium silicate is used as a raw material, sodium and potassium tend to enter the product, resulting in problems such as the inability to obtain a high-purity product. The wet method is superior to the solid phase method, and high purity mullite powder can be obtained by using aluminum alkoxide and silicate alkoxide as raw materials.However, in this case, the raw materials are expensive and the hydrolysis reaction must be carried out strictly. It needs to be controlled and there is a manufacturing cost problem. Furthermore, methods using alumina sol and silica sol have problems with product purity and have the disadvantage that particles tend to aggregate during the manufacturing process. From this point of view, an object of the present invention is to provide a method for producing fine-particle, highly pure mullite powder at low cost. [Means for solving the problem] As a result of intensive research to develop a method for manufacturing fine, high-purity mullite powder at low cost, the present inventors discovered a reaction product of halosilane and an oxygen-containing aluminilla compound. The inventors have discovered that the objective can be achieved by adding alcohol and water to a mixture and hydrolyzing it to obtain a mullite precursor, and then firing the mullite precursor, and have completed the present invention. It was. The method of the present invention includes the steps of producing a mullite precursor;
The process consists of a process of firing the mullite precursor, and each of these processes will be explained in detail below. [Mullite Precursor Generation Step] The raw materials used in the present invention are a halosilane and an oxygen-containing aluminum compound. In this case, the halosilane has one or more halogen atoms and one or more silicon atoms in the molecule,
In some cases, those in which the halogen atom is substituted with an organic group are used.In the present invention, those represented by the following general formula are preferably used. R6S 1H4-<n4g) X@ (1
) In the above formula, R represents an organic group such as an alkyl group or an aryl group. In this case, the number of carbon atoms in the organic group is not particularly limited. X is a halogen atom, and includes chlorine, bromine, iodine, and fluorine. n is an integer of 0 to 3, and m is an integer of 0 to 4. Specific examples of the halosilane include tetrahalogenosilane, trihalogenosilane, dihalogenosilane,
Monohalogenosilane, monoalkyltrihalogenosilane, monoalkyldihalogenosilane, monoalkylmonohalogenosilane, monoaryltrihalogenosilane, monoaryldihalogenosilane, monoarylmonohalogenosilane, dialkyldihalogenosilane, dialkylmonohalogenosilane, Diaryldihalogenosilane, diarylmonohalogenosilane, trialkylmonohalogenosilane, triarylmonohalogenosilane, monoalkylmonoaryldihalogenosilane, dialkylmonoarylmonohalogenosilane, monoalkyldiarylmonohalogenosilane, etc. Examples include halogenodisilanes such as hexahalogenodisilane, pentahalogenodisilane, trihalogenodisilane, and dihalogenodisilane, and alkyl- and l- or aryl-substituted products thereof. As the oxygen-containing aluminum compound, one having an oxygen-containing group and/or a halogen that is reactive or hydrolyzable to the halosilane is used. In the present invention,
Those represented by the following general formula are used, and aluminum hydroxide is preferably used. XnA Q (OR), -n (n) In the above formula, R is H or an alkyl group, and X is a halogen atom, including chlorine, bromine, fluorine, and iodine. n represents an integer of 0 to 3. In this mullite precursor generation step, the halosilane and the oxygen-containing aluminum compound are brought into contact and reacted,
Or mix. The usage ratio of halosilane and aluminum compound is determined by the atomic ratio of aluminum to silicon (A Q /S
Preferably, i) is in the range of 174 to 173. Next, alcohol and water are added to this mixture or reactant for hydrolysis treatment. This hydrolysis treatment can preferably be carried out by adding alcohol to the mixture or reactant and then adding water dropwise. in this case,
Various alcohols can be used, such as aliphatic alcohols, alicyclic alcohols, aromatic alcohols, etc., but aliphatic alcohols generally include methanol, ethanol, propatool, butanol, pentanol, and hexanol. , heptatool, octatool, nonanol, decanol and isomers thereof, and lower alcohols are particularly preferably used. The amount of alcohol used is preferably 4 parts by weight or more, and more preferably 10 parts by weight or more, per 1 part by weight of the halosilane used. Through this hydrolysis treatment, hydrolyzable groups (halogen, alkoxide groups, etc.) in the mixture or reactants react with water and are converted into hydroxyl groups. The alcohol coexisting in the reaction system exhibits effects such as improving the dispersibility of the precipitate and controlling the hydrolysis reaction rate. The mixing or reaction of the halosilane and the oxygen-containing aluminum compound can be carried out either in the presence or absence of a solvent, but it is generally preferable to carry out the reaction in the presence of an organic solvent. Examples of such organic solvents include hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, and alicyclic hydrocarbons, as well as halogenated hydrocarbons, aliphatic ethers, alicyclic ethers, and the like. In the mixing or reaction of the halosilane and the oxygen-containing aluminum compound and the hydrolysis treatment of the mixture or reactant, the reaction temperature and pressure are not particularly limited, but it is preferable to keep the temperature and pressure within a range in which the reaction system is liquid. . There are no particular restrictions on the atmosphere of the reaction system, and either air or inert gas atmosphere may be used. The mullite precursor obtained as described above is supplied to the next firing step after alcohol and solvent are separated by filtration and drying.
本発明では、前記のようにして得られたムライト前駆体
を空気中又は不活性がガス中で1000〜1500℃に
昇温させて焼成する。この焼成により、結晶化した微細
粒子からなるムライト粉末が得られる。焼成温度が10
00℃より低いと結晶化が進まず、1700℃を超える
と粒成長が促進されて、微細な結晶粒子が得られにくく
なる。
本発明によれば、−膜内に平均粒径0.1μ+1〜1.
0μm、好ましくは0.2μ+++−0,5μmのムラ
イト粉末を得ることができる。
〔効 果〕
本発明は、エネルギー効率の悪い粉砕混合工程を含まず
、また原料も比較的安価なものを使用し得ることから、
経済的に有利に実施することができる。しかも、本発明
で得られるムライト粉末は、微細かつ高純度である。従
って1本発明で得られるムライト粉末は、耐熱構造材料
として使用し得る他、その高純度の点を活かして、IC
基板等の電子材料として有利に使用することができる。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例1
四塩化珪素0.087+aolとトルエン0.83mo
lをフラスコに採り、水酸化アルミニウム0.26mo
lを大気中、常温にて滴下、撹拌した。滴下と同時に反
応による黄色沈殿物が生成した。この沈殿物は、赤外吸
光光度測定の結果、5L−0結合、A Q −0結合、
5i−CQ結合を有していた。
さらに、エタノール1.7molと純水0.17mol
の混合液を、前記黄色沈殿物中に滴下し、約30分常温
にて撹拌し、加水分解処理を実施した。得られた沈殿物
を5Aの濾紙を用いて濾過し、100℃のオーブン中で
減圧乾燥し、ムライト前駆体25.0 gを得た。
次に、この前駆体2.0gをアルミナ製ボートにとり、
大気雰囲気炉にて、それぞれ、1000℃×3時間、1
300 X 3時間、1500℃×1時間の条件で焼成
し、結晶化させた。(昇温速度は10℃/分)。
得られた焼成物は、X線回折分析の結果、いずれも結晶
化しており、ムライトであった。
なお、SEX観察の結果、得られたムライト粉末の1次
粒子径は0.2μm−0,3μm程度であった。また、
不純物分析の結果、ムライト純度は99.9%であった
。
実施例2
三塩化珪素0.085+solとトルエン0.81mo
lをフラスコに採り、水浴巾約0℃で水酸化アルミニウ
ム0.26molを大気中にて滴下し、撹拌した。滴下
と同時に黄色沈殿物が生成した。
さらに、この沈殿物にメタノール1.7molと純水0
.17molを滴下し、加水分解処理を実施した(いず
れの操作も水浴中θ℃である)、この沈殿物を実施例1
と同様の方法で濾過/乾燥し、ムライト前駆体24.7
gを得た。
次に、この前駆体2gをアルミナ製ボートに採り、大気
雰囲気炉にて1300℃×1時間の条件で焼成した。得
られた焼成物は、X線回折分析の結果。
結晶化しており、ムライトであった。なお、 SEM観
察の結果、得られたムライト粉末の1次粒子は0.2μ
m程度であった。
実施例3
四塩化珪素0.087molをフラスコにとり、アルミ
ニウムイソプロポキサイド0.35molをトルエン3
.5molに溶解し、フラスコ中に徐々に滴下した。こ
の場合、反応により沈殿が生じた。この沈殿物に。
イソプロパツール1 、7molと純水1 、7mol
の混合液を滴下し、加水分解処理を実施した。沈殿物を
実施例1と同様に処理してムライト前駆体22.4 g
を得た。
次に、この前駆体2gをアルミナボートに採り、管状炉
にて窒素雰囲気で1300℃×3時間の条件で焼成した
。得られた焼成物は、X線回折分析の結果、結晶化して
おり、ムライトであった。なお、SEM観察の結果、得
られたムライト粉末の1次粒子径は0.2−0.3μm
程度であった。
特許出願人 東亜燃料工業株式会社In the present invention, the mullite precursor obtained as described above is fired at a temperature of 1000 to 1500° C. in air or in an inert gas. By this firing, mullite powder consisting of crystallized fine particles is obtained. Firing temperature is 10
If the temperature is lower than 00°C, crystallization will not proceed, and if it exceeds 1700°C, grain growth will be promoted, making it difficult to obtain fine crystal grains. According to the present invention, the average particle size within the membrane is 0.1 μ+1 to 1.
A mullite powder of 0 .mu.m, preferably 0.2 .mu.++-0.5 .mu.m can be obtained. [Effects] The present invention does not include a grinding and mixing process that is inefficient in energy efficiency, and relatively inexpensive raw materials can be used.
It can be implemented economically. Moreover, the mullite powder obtained by the present invention is fine and highly pure. Therefore, the mullite powder obtained by the present invention can be used as a heat-resistant structural material, and by taking advantage of its high purity, it can be used as an IC material.
It can be advantageously used as an electronic material such as a substrate. [Example] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 Silicon tetrachloride 0.087+aol and toluene 0.83 mo
1 into a flask, and 0.26 mo of aluminum hydroxide.
1 was added dropwise in the air at room temperature and stirred. At the same time as the addition, a yellow precipitate was generated due to the reaction. As a result of infrared absorption photometry, this precipitate was found to contain 5L-0 bonds, AQ-0 bonds,
It had a 5i-CQ bond. Furthermore, 1.7 mol of ethanol and 0.17 mol of pure water
The mixed solution was added dropwise to the yellow precipitate and stirred at room temperature for about 30 minutes to carry out hydrolysis treatment. The obtained precipitate was filtered using 5A filter paper and dried under reduced pressure in an oven at 100°C to obtain 25.0 g of a mullite precursor. Next, 2.0g of this precursor was placed in an alumina boat,
1,000°C x 3 hours each in an air atmosphere furnace
It was fired under the conditions of 300° C. for 3 hours and 1500° C. for 1 hour to crystallize it. (The heating rate is 10°C/min). As a result of X-ray diffraction analysis, the obtained fired products were all crystallized and were found to be mullite. In addition, as a result of SEX observation, the primary particle diameter of the obtained mullite powder was about 0.2 μm to 0.3 μm. Also,
As a result of impurity analysis, the purity of mullite was 99.9%. Example 2 Silicon trichloride 0.085+sol and toluene 0.81 mo
1 was placed in a flask, and 0.26 mol of aluminum hydroxide was added dropwise in the air with a water bath width of about 0°C, followed by stirring. A yellow precipitate was formed simultaneously with the dropwise addition. Furthermore, 1.7 mol of methanol and 0 mol of pure water were added to this precipitate.
.. 17 mol was added dropwise and hydrolyzed (all operations were carried out in a water bath at θ°C).
Filter/dry in the same manner as mullite precursor 24.7
I got g. Next, 2 g of this precursor was placed in an alumina boat and fired in an atmospheric furnace at 1300° C. for 1 hour. The obtained baked product is the result of X-ray diffraction analysis. It was crystallized and was mullite. Furthermore, as a result of SEM observation, the primary particles of the obtained mullite powder were 0.2μ.
It was about m. Example 3 0.087 mol of silicon tetrachloride was placed in a flask, and 0.35 mol of aluminum isopropoxide was added to 3 mol of toluene.
.. The solution was dissolved in 5 mol and gradually dropped into the flask. In this case, the reaction resulted in a precipitate. to this precipitate. Isopropatool 1, 7 mol and pure water 1, 7 mol
A mixed solution was added dropwise to carry out hydrolysis treatment. The precipitate was treated in the same manner as in Example 1 to obtain 22.4 g of mullite precursor.
I got it. Next, 2 g of this precursor was placed in an alumina boat and fired in a tubular furnace at 1300° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. As a result of X-ray diffraction analysis, the obtained fired product was found to be crystallized and was mullite. Furthermore, as a result of SEM observation, the primary particle size of the obtained mullite powder was 0.2-0.3 μm.
It was about. Patent applicant Toa Fuel Industries Co., Ltd.
Claims (1)
物ないし混合物にアルコールと水を加え、加水分解処理
してムライト前駆体を生成させた後、該ムライト前駆体
を焼成処理することを特徴とする高純度ムライト微粉末
の製造方法。(1) Alcohol and water are added to a reaction product or a mixture of a halosilane and an oxygen-containing aluminum compound, and a mullite precursor is produced by hydrolysis, and then the mullite precursor is fired. A method for producing fine mullite powder.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27683887A JPH01119509A (en) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | Production of high purity fine mullite powder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27683887A JPH01119509A (en) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | Production of high purity fine mullite powder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01119509A true JPH01119509A (en) | 1989-05-11 |
Family
ID=17575107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27683887A Pending JPH01119509A (en) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | Production of high purity fine mullite powder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01119509A (en) |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27683887A patent/JPH01119509A/en active Pending
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