JPH05170430A - マグネシア単結晶の製造方法 - Google Patents

マグネシア単結晶の製造方法

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JPH05170430A
JPH05170430A JP34551091A JP34551091A JPH05170430A JP H05170430 A JPH05170430 A JP H05170430A JP 34551091 A JP34551091 A JP 34551091A JP 34551091 A JP34551091 A JP 34551091A JP H05170430 A JPH05170430 A JP H05170430A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高純度でサイズの大きいマグネシア単結晶を
工業的に製造する方法の提供。 【構成】 カサ比重が3.00g/cm3 以上で、粒子
径が10mm以下で、マグネシア純度が99.8%以上
の原料マグネシア粒子を理論密度の60%以上に固め、
その中に炭素電極を埋没して徐々に溶融すると、マグネ
シア融体のまわりに環球状のスカルが形成され、溶融状
態にあるマグネシアを長く維持して蒸発時間が長くなっ
ても、蒸発量以上に溶融が進むため、大型のマグネシア
単結晶が育成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大型のマグネシア単結
晶を工業的に生産する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マグネシア単結晶は、紫外〜赤外領域に
おいて、幅広く光を透過する性質があることから、従来
から光学部品や高温窓材等に使用されてきたが、近年、
超伝導薄膜や強誘電体薄膜育成用基板として新たな脚光
を浴びてきている。
【0003】従来から、マグネシアの結晶を人工的に育
成するために種々の方法が行われてきたが、マグネシア
は融点が2800℃と非常に高いこともあり、また、融
点付近での蒸気圧が高いことから、大型のマグネシア単
結晶を効率よく育成することは非常に難しく、その結晶
はかなり小さなサイズのものに限られていた。たとえ
ば、太陽炉を用いた場合は、溶融した表面にはマグネシ
ア微結晶が生成するが、工業的に使えるサイズではな
く、FZ炉(フローティングゾーン炉)もマグネシアそ
のものは溶融できるが、ほとんど蒸発してしまう欠点が
ある。また、アーク炉でマグネシア単結晶を合成する場
合においても、原料マグネシアの溶融と蒸発が並行して
おこる。
【0004】さらに、大型のサイズの単結晶を得るに
は、充分な育成時間(溶融時間)が必要であるにもかか
わらず、マグネシアの蒸発量が大きいため、適当な時間
でマグネシア単結晶の育成を止めるか、又は溶融時に比
較的大きな電力の下で強力なアーク熱を用い、原料マグ
ネシアを一気に溶融した後、自然冷却する手段が考えら
れる。ところが、前者の場合は単結晶のサイズが小さ
く、また、採取量が少ない。後者の場合は、量的な面で
は充分であるが、結晶サイズが5mm以下のものがほと
んどである。このため、光学部品や基板材料等の用途に
は不向きのものとなる。
【0005】このマグネシア単結晶の育成に際しての融
点付近での蒸気圧の影響を受けやすいことからの問題を
回避する手段として、高圧ガス容器中で単結晶を育成す
ることも考えられるが、高圧容器として容器がかなり大
きく経済的な問題があり、また、マグネシア単結晶の育
成雰囲気として一定量の酸素が必要となることから、熱
源である電極カーボンの著しい酸化を生じ、実用的な手
段とはなり得ない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高純
度でサイズの大きいマグネシア単結晶を工業的に製造で
きる方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の高純度でサイズ
の大きいマグネシア単結晶を得る方法は、マグネシア純
度が99.8%以上に高純度化された原料マグネシアに
電極を埋没する電融マグネシア単結晶の製造方法におい
て、カサ比重が3.00g/cm3 以上で、粒子径が1
0mm以下の原料マグネシアを理論密度の60%以上に
固め、マグネシア融体のまわりに緻密な焼結層を形成す
ることを特徴とする。
【0008】また、原料マグネシアを溶融し、溶融物の
高純度部分のみを取り出して、カサ比重が3.00g/
cm3 以上で10mm以下に整粒したマグネシア粒子を
使用することもできる。
【0009】上記、マグネシア粒子を固めるに際して
は、タッピング手段を用いることができる。
【0010】
【作用】本発明は、比較的純度及び密度の高い原料を配
合してタップ密度を理論密度の60%以上、好ましくは
65%以上とし、このマグネシア原料中にカーボン電極
を埋没して徐々に溶融すると、マグネシア融体のまわり
に環球状の緻密な焼結層すなわち、スカルが形成され、
溶融状態にあるマグネシアを長く維持して蒸発時間が長
くなっても、蒸発量以上に溶融が進むため、大型のマグ
ネシア単結晶が育成する。
【0011】また、溶融時間の経過に伴って、溶融され
たマグネシアは、カーボン電極に遠い下部から凝固が始
まり結晶が成長する。さらに、アーク熱の輻射によって
スカル表面が徐々に溶融され、成長中のマグネシア単結
晶上で順次凝固されることから、結晶はより大きく、か
つ、柱状の結晶が拡大される形で成長すると同時に、単
結晶の育成速度をアーク熱の輻射熱でコントロールでき
ることから、良質の結晶が得られることとなる。
【0012】また、スカルは溶融すると同時に、その外
側にある層が連続的にスカルを形成していき、安定的に
溶融したマグネシアを育成中の結晶上に供給できるの
で、径方向と長さの大きな単結晶が製造できる。
【0013】この際、特定範囲外の原料粒子や、タップ
密度の低いものを用いたりすれば、スカルの焼結が不完
全となって、スカルの一部や粒大な粒子が成長中にある
マグネシア融体中に落下し、急激な凝固が生じるあめ、
結晶は不連続に成長したものとなってしまう。
【0014】このように、溶融中に安定したスカルを形
成させながら、マグネシア単結晶を育成することで、マ
グネシア単結晶のサイズと品質を飛躍的に向上させるこ
とができる。
【0015】また、99.8%以上のマグネシア原料を
使用することは、大きなサイズの結晶を育成する上で不
可欠な要素となる。とくに不純物としてSiO2 は大型
の結晶を育成する上で有害であるから、MgOが高く、
SiO2 が低いマグネシア原料を使用する必要がある。
【0016】しかし、原料マグネシアクリンカーは、工
業規模で大量かつ安価に製造できる純度は99.5%M
gO程度が限界であり、それ以上の高純度のマグネシ
ア、単結晶MgO純度99.9%以上のものは約2桁ほ
ど原料価格が上昇してしまう。更に、アーク溶融法でマ
グネシア単結晶を育成する場合、使用する原料の一部だ
けを溶融しその周辺の大部分の原料が溶融部を断熱する
役割(セルフライニング)に使用するため、通常の単結
晶育成方法に比べ、原料歩留りが著しく悪い。このため
純度が高く、且つ安価な原料を入手する手段が大型マグ
ネシア単結晶を育成するうえで重要な因子となる。
【0017】また、マグネシアをアーク溶融した場合、
溶融中に原料マグネシアの不純成分が溶融部中心側へ移
動することに着目し、MgO成分の高い部分のみを取り
出して原料として使用することで純度の高いマグネシア
を非常に安価に作成できる。本発明によると、MgOの
純度が99.9%程度の原料を製造する場合、イニシャ
ルコストの3〜4倍程度にしか上昇しないため、製造法
全体としての原料コストしては格安のものとなる。
【0018】
【実施例】化学組成が、MgO99.53%,CaO
0.18%,SiO2 0.15%,Fe2 3 0.05
%,Al2 3 0.07%,B2 3 0.002%であ
る海水マグネシアクリンカー5mm以下品5tを電気炉
に装入して、アーク電融方法において8時間溶融した。
溶融,冷却後の溶融物の断面状態を図1に示す。
【0019】図1に示すように、溶融部外周からの凝固
に伴い、完全溶融部A、非完全溶融部B、ポーラス状部
Cと明確に分かれている。
【0020】表1にそれぞれの個所の化学成分を示す。
【0021】
【表1】 上述の表1の結果から、原料マグネシアクリンカー溶融
中に生じる成分移動により、完全溶融部のMgO純度
が、出発原料の化学組成よりもかなり高くなっているこ
とが判る。この完全溶融部がマグネシア単結晶を製造す
るための原料となる。
【0022】この高純度化されたMgOの完全溶融部分
のみを選別して、10mm以下、5mm以下径に粉砕し
たものと、5mm以下径に200mesh以下径を増量
したもの、およびMgO99.98%以上の高純度焼結
マグネシア10mm以下径を各2tずつ電気炉内に装入
して、埋没電極式アーク電融方法においてそれぞれ溶融
した。その結果を表2に示す。
【0023】
【表2】 上述の表2の結果から、タップ密度が高い原料条件が
好ましいことが判る。
【0024】図2,図3に示すように、電気炉1に装入
した原料マグネシア2がカーボン電極6による通電と同
時に溶け出し、溶融部3を形成する。
【0025】時間経過に伴い、スカル4(溶融物被覆層
いわゆる焼結層)の焼結がカーボン電極6の先端を中心
に放射状に広がる。スカル4の内面は炉内の高温により
液化し、溶融部3上に僅かずつ落下する。それと並行し
て溶融部3とスカル4の間に空間5が形成され、溶融部
3と共に徐々に拡大していく。
【0026】空間5は溶融部3の上面とスカル4の内面
との間隔が上限の高さとなるまで拡大し、それ以上の高
さはカーボン電極6からのアーク熱量が低くなり溶融が
非常に遅くなる。
【0027】この時点でスカル4を外力で破壊し、原料
を強制的に溶融部3側へ供給する方法もあるが、その場
合、湯温が急速に低下し、単結晶の育成を阻害する結果
となるために、好ましい方法とはいえない。
【0028】以上から、溶融部3の上面とスカル4の内
面の上限までの高さとなるまでの空間5の容積と、その
時点までの溶融部3の容積を合計分の原料容積が溶融さ
れたこととなる。
【0029】したがって、溶融量を増加し、単結晶を多
くするには、原料マグネシアのタップ密度を高め、かつ
スカルの強度を充分保つ微粉を適量添加しておくことが
必要となる。
【0030】溶融量を増加できれば、単結晶の長さ方向
の成長が大きくなり、結晶成長に伴って柱状の単結晶の
直径も大きくなる。更に生成したスカル4は溶融物全体
を被覆することができるので、マグネシアの蒸発をより
低下させることが可能である。
【0031】この効果により、溶融時間も通常の溶融法
以上に長くとれるので、溶融量も多くなり単結晶のサイ
ズをより大きくすることができるのである。
【0032】なお、空間5が上限高さまでに達しても通
電は続行できるが、ある限界領域を越えてくると溶融速
度が著しく低下するので、溶融量の割に電力が必要(溶
融コストが割高)になるばかりでなく、場合によっては
微量に蒸発するマグネシアが溶融量を上回るので、適当
な時間で育成を終了するのが得策である。
【0033】比較例 本発明によるマグネシア単結晶の製造方法と、MgO純
度,溶融方法,粒度分布,タップ密度がそれぞれ異なる
方法で実施した、その結果を表3に示す。
【0034】
【表3】 上述の表3の結果から、製造方法〜いずれの場合
も、本発明によるマグネシア単結晶の製造方法よりもよ
い結果は得られなかった。
【0035】製造方法の場合は、MgO純度が99.
5%程度であるため、本発明でのマグネシア原料よりも
不純成分の割合が5倍以上多い。それにより不純成分が
マグネシア単結晶の育成における核生成数が多くなるこ
とから、高純度で大きなサイズの単結晶を得られない。
【0036】製造方法の場合は、通常オープンアーク
電極方法と称される方法であり、アーク熱の炉外への拡
散が非常に大きく、マグネシア溶融の場合、溶融部の面
積が埋没電極式電融方法の50%以下となる。以上から
単結晶育成には適さない。
【0037】製造方法の場合は、マグネシア原料が2
0mm以下径のため微粉の割合が少なすぎる。したがっ
て、アーク熱によるスカルの焼結が充分に行われず、ス
カルが出発原料形状に近い形で溶融部へ落下する。それ
により湯温を下げる現象が頻繁に発生し、マグネシア単
結晶の連続的な育成を阻害することとなる。
【0038】製造方法の場合は、マグネシア原料のタ
ップ密度が低すぎることにより、実施例2で記述した溶
融部上面からスカル内面の間の空間の高さが限界に達し
た時点での溶融部の容積が小さく、また、スカルの強度
が弱いことから、溶融中に時折スカルの一部が落下す
る。したがって、長さの方向の成長が小さくなり、充分
なマグネシア単結晶の育成を果たせない。
【0039】
【発明の効果】上記の本発明により製造した電融マグネ
シアは、高純度でサイズの大きいマグネシア単結晶であ
ることから、高温超伝導用,各種ベロブスカイト系薄膜
作成用,人工格子膜用等の基板や各種光学部品,高温材
料等、広範囲の応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 原料マグネシアクリンカーの溶融,冷却後の
溶融された部分の断面を示す。
【図2】 高純度化された原料マグネシアを電気炉内に
装入し、カーボン電極により通電した溶融初期の電気炉
の断面図である。
【図3】 高純度化された原料マグネシアを電気炉内に
装入し、カーボン電極により通電した溶融末期の電気炉
の断面図である。
【符号の説明】
1 電気炉 2 原料マグネシア 3 溶融部 4 スカル 5 空間 6 カーボン電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネシア純度が99.8%以上に高純
    度化された原料マグネシアに電極を埋没する電融マグネ
    シア単結晶の製造方法において、カサ比重が3.00g
    /cm3 以上で、粒子径が10mm以下の原料マグネシ
    アを理論密度の60%以上に固め、マグネシア融体のま
    わりに緻密な焼結層を形成するマグネシア単結晶の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 マグネシア純度が99.8%以上に高純
    度化された原料マグネシアに電極を埋没する電融マグネ
    シア単結晶の製造方法において、マグネシア純度が9
    9.8%未満の原料マグネシアを溶融し、溶融物の高純
    度部分のみを取り出して、カサ比重が3.00g/cm
    3 以上で10mm以下に整粒したマグネシア粒子を理論
    密度の60%以上に固め、マグネシア融体のまわりに緻
    密な焼結層を形成するマグネシア単結晶の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100432907B1 (ko) * 2001-11-29 2004-05-24 김정기 마그네시아 단결정을 성장시키는 방법
WO2005118504A1 (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Tateho Chemical Industries Co., Ltd. 単結晶酸化マグネシウム焼結体及びその製造方法並びにプラズマディスプレイパネル用保護膜
US7544345B2 (en) 2004-12-28 2009-06-09 Tateho Chemical Industries Co., Ltd. Magnesium oxide single crystal having controlled crystallinity and method for producing the same
US7691200B2 (en) 2005-03-25 2010-04-06 Tateho Chemical Industries Co., Ltd Magnesium oxide single crystal and method for producing the same
KR20160109914A (ko) 2015-03-13 2016-09-21 (주) 보람케메탈 마그네시아 단결정 제조장치 및 그 제조방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100432907B1 (ko) * 2001-11-29 2004-05-24 김정기 마그네시아 단결정을 성장시키는 방법
WO2005118504A1 (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Tateho Chemical Industries Co., Ltd. 単結晶酸化マグネシウム焼結体及びその製造方法並びにプラズマディスプレイパネル用保護膜
US7544345B2 (en) 2004-12-28 2009-06-09 Tateho Chemical Industries Co., Ltd. Magnesium oxide single crystal having controlled crystallinity and method for producing the same
US7691200B2 (en) 2005-03-25 2010-04-06 Tateho Chemical Industries Co., Ltd Magnesium oxide single crystal and method for producing the same
KR20160109914A (ko) 2015-03-13 2016-09-21 (주) 보람케메탈 마그네시아 단결정 제조장치 및 그 제조방법

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