JPS5819640B2 - 六方晶の板状アルファ酸化アルミニウム単結晶，その製法並びに該単結晶を用いる表面処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、巨大結晶の板状酸化アルミニウム（下記には
アルミナ又はコランダムと記載する）並びに該コランダ
ムを水酸化アルミニウム（水春土石）から製造する方法
に関する。

巨大結晶の酸化アルミニウムは公知でありかつ今日では
電融アルミナ又は焼結アルミナ（板状アルミナ）のいず
れかから入手ちれる。

ラッピング剤、研磨剤及びつや出し剤は、談ず■焼した
アルミナ又はボーキサイトを電気抵抗炉中で電融アルミ
ナに溶融し、硬化後に破砕、粉砕及びふるい分け、場合
によりまた空気分級及び木版によって所望の粒度フラク
ションに分けることにより製造ちれる。

この方法における問題点及び難点としては、粉砕物の硬
度並びに所望の粒度フラクション及び粒形を揃えること
が挙げられる。

板状アルミナは高純度の酸化アルミニウムでありかつ有
利に■焼したアルミナを温度１８００〜１９５０℃で焼
結することにより製造ちれる。

粉砕、特に焼結したペレットの粉砕により、直径１６〜
２５０μｍを有する単結晶の混合物を製造し、該混合物
を次いで所望の粒度範囲に分別する。

良好な熱伝導性、温度衝撃安定性及び驚異的な機械的強
度を有しているために、板状アルミナは高価な耐火製品
及びその他のセラミック製品のための原料として極めて
適当である。

前記アルミナのために出発物質として必要な酸化アルミ
ニウムは、バイヤー法によりロータリキルン又は流動床
炉内で１２００℃より高い温度で水酸化アルミニウムを
■焼するととにより得られる。

このようにして製造された粉末状酸化アルミニウムは、
多数の単結晶から団結した凝塊から成り、この場合の凝
塊の粒度は１０〜３００μｍである。

この凝塊を粉砕すると、平均粒度がその都度使用される
■焼法に関係して最大２５μｍである単結晶が得られる
。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６２３４８２号明細
書記載の堰焼法によれば、水酸化アルミニウムの■焼を
少なくとも弗素塩及びバナジウム塩の存在下に実施する
ことにより、平均粒度１６μｍ、最大約２５μｍｔでを
有する単結晶を製造することができる。

この場合、バナジウム塩としては、多くのアルミナ工場
において濃縮したアルミン酸す） ＩＪウムから析出す
る異種塩が挙げられ、該塩は極めて多量の炭酸す） Ｉ
Ｊウムの他に変動量のバナジウム−１燐−１弗素−及び
砒素化合物を含有する。

しかしながら、既に公知でありかつ新たに明らかにされ
たように、単結晶の平均粒度は■焼の際に鉱化剤の添加
量を高めたとしてももはや高められない。

また、温度を高めるか又はその他のもしくは付加的な鉱
化剤を使用したとしても、単結晶の平均粒度並びに結晶
の形態には全くないしほとんど影響を及ぼすことはでき
ない。

例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第 ２６２３４８２号明細書記載の■焼に基づき結晶面の自
然成長により形成された巨大結晶のアルミナは、溶融コ
ランダム又は焼結アルミナから機械的力の作用によって
得られたアルミナ結晶とは、特に個々の粒子が単一の結
晶構造を有することによって区別される。

単一結晶構造から生じる利点は、研磨剤として使用する
際にも才た高価なセラミックのために使用する際も顕著
である。

ところで、本発明の課題は、水酸アルミニウムから巨大
結晶状酸化アルミニウム、単結晶の粒度〉１６μｍ、特
に〉２５μｍ及び≦２５０μｍを有する酸化アルミニウ
ムを直接的に製造する■焼法を見出すことであった。

また、冒頭に−述べた難点を排除しかつ製法を簡単にし
かつ廉価にすることを目的とし、更に単結晶の結晶形を
均一化することであった。

驚異的にも、平均粒度〉６０μｍを有する水酸化ナトリ
ウムを少なくとも１種の鉱化剤及び種結晶トしての酸化
アルミニウムの存在下に１２００〜１４５０℃の温度で
■焼し、引続き自体公知方法で粉砕、ふるい分は及び空
気分級又は木版によって単結晶の所望の粒子フラクショ
ンを燗焼物から分離することにより、直接的■焼によっ
て単結晶の粒度＞ １６ ｐｍ、特に〉２５岬及び≦２
５０μｍを有する巨大結晶の酸化アルミニウムが得られ
ることが判明した。

出発材料の平均粒度は、有利には７０〜１００１ｔｒｎ
であるが、しかしながらこの範囲外であってもよく、例
えば１２０μｍであってもよい。

本発明の新規方法を実施する際に形成される単結晶は、
直径１６〜２５０μｍ１特に２６〜２５０μｍを有する
六方晶の板状結晶である。

その直径と肉厚との比は、単結晶において３：■〜７
： １． 有利には３：１〜６：１である。

この直径とは、向い合った六角形の２つの角の間で最長
であると考えられる結合線の長さを表わし、該結合線は
正六角形の場合には、外の２つの結合線の長さと同じで
ある。

直径と肉厚との比は、上記に定義した直径の六角形プリ
ズム体の高さ、即ち２つの六角形の結晶面の間隔との長
さの比を表わす。

出発水酸化物の本発明による平均粒度が烟焼工程におけ
る結晶成長（こ、特定の条件下では著しく影響し得ると
いうことは、公知技術水準からは発明の行為なくしては
想到することができない、従って驚異的であるとみなさ
れるべきである。

更に、粗結晶状の水酸化アルミニウム（水嚢土石）が従
来既ｌこ公知であり、しかもこれを■焼すれば、自然の
如く常に微結晶状アルミナが形成されると見なされてい
たことからしても一層驚異的である。

堰焼温度は、この新規方法では１２００℃より高い温度
、最大１４５０℃であるので、専らないし殆んど六方晶
の単結晶を有する酸化アルミニウムのアルファ変態のみ
が形成される。

換言すれば、単結晶の極く僅少量が凝塊の形で存在する
（こすぎない。

この凝塊を例えば振動ミルで粉砕した後ｌこは、全ての
■焼物は単一の結晶構造を有する単結晶の形で存在し、
該結晶はふるい分は及び／又は空気分級及び／又は水滴
（こよって所望の粒度を有する単一フラクションｌこ分
離することができる、この場合の粒度範囲はその都度の
使用分野との関係ｌこおいて規定される。

本発明方法のもう１つの特徴は、■焼を主として六方晶
系の板状酸化アルミニウムとして存在する戻し物（工程
（こ戻される物質）の存在下ｔこ実施することであり、
この場合戻し物は種結晶として働きかつ結晶成長、特に
Ｃ−軸方向への成長を促進する。

完成生成物に対して５〜５０重量％、特に２０〜３０係
の種結晶量が適当であることが立証された。

種結晶（戻し物又は別に製造したＡ１２０３−単結晶）
を使用することは、本発明方法を実施する際の必須要件
ではない。

しかしながら、実地ｌこおいては特に連続的方法で燻焼
する際（こけ種結晶の存在下ｌこ操作するのが経済的ｌ
こ有利である。

例えばロータリキルン内で連続的ｆこ実施する場合には
、種結晶を装入物と共に同時（こ■焼装置内に装入し、
混合を炉内で行なうのが有利である。

装入物に戻し物を配合するのは、もちろん炉の罰方で行
なうこともできる、このことは例えば炉の定常運転にお
いても同様である。

ところで、本発明方法の特に有利な実施態様は、焼工程
を還元性炉雰囲気内で実施することにある。

それｌこよれば、予期され得ない程に結晶成長が促進さ
れる。

燃料と一次及び二次空気との比を、廃ガス内になお極く
僅少量、例えば０．２〜０．５容量％の一酸化炭素が存
在するように調節すれば、十分な成長促進が達成される
。

廃ガス中の一酸化炭素含量がより高くなることは、省エ
ネルギー並びｌこ環境保全の見地から避けるべきである
。

数回の踊実１験から、適当な炉雰囲気を決定しかつ通常
の操作パラメータに適合させることができる。

もう１つの操作変更形によれば、還元性炉雰囲気をまた
還元作用ガス、例えばＣｏ 、ＨＦ又はＳＯ３を導入す
ることｌこより炉内に形成す名か或はその場で発生させ
ることｌこより炉内ｌこ作ることができる。

ＳＯ２とＡｌ２Ｏ３を形成しながら分解する例えばＡ１
２０３−含有率１７係を有する硫酸アルミニウムは、装
入物ｌこ完成生物に対して１〜１０重量％、特ｌこ３〜
５重量％の量で加えると、結晶成長を促進することがで
きる。

硫酸アルミニウムは、湿った装入物に配量装置を介して
容易シこ配合することができる。

更に立証されたことによれば、傭酸アルミニウムの代り
に別の固形物、例えば炭素又は金属アルミニウムを使用
してもよく、金属アルミニウムはアルミニウム金属採収
の際に廃物として生じる金属屑、即ちＡｌＦ３．Ｎａ３
ＡｌＦ６及びＬｉＦから成る混合物１０係まで並びｌこ
金属アルミニウム４０係（残りＡ１２０３）を含有する
金属屑の形で使用するのが有利である。

粉砕した金属屑を乾燥装入物ζこ対して０．３〜５重量
％の量で加えると、明らかな成長促進が確認される。

鉱化剤としては、水酸化アルミニウムの■焼の際に通常
使用される全てのハロゲン化物、例えばＡｌＦ３．Ｎａ
３ＡｌＦ６．ＣａＦ２．ＨＥ又は罰記金属屑を使用する
ことができる。

■焼物の粉砕は、自体公知方法でボールミル又はチェー
ブミルで空気分級を接続するか又はそれを接続しないで
行なう。

この場合、粉砕物は空気流搬送又は機械的搬送によって
、場合ｌこより同時に空気分級を行ないながら搬送しか
つ所望の粒度範囲に分別する。

その他の装置、例えば振動ミル及び横断流型ハンマーミ
ルを同様ｌＯ服焼の際ζこ得られる凝塊を粉砕するため
ｌこ使用してもよい。

鉄分不含のアルミナが所望であれは、アルミナ鉱石でラ
イニングした粉砕管及びアルミナから成る粉砕球で振動
粉砕を行なうのが有利である。

単結晶の破砕は、粉砕体と充填物との比を適当に調整す
ることｌこより阻止することができる。

例えばこの比が１：２〜ｌ：６、有利ｌこは１：４〜１
：５であれば、凝集物を含まない粒度１６〜２５０μｍ
を有する板状単結晶のみから成るアルミナが得られる。

この粉砕物から、夫々空気分級又は水滴を伴うふるい分
けによってＤＩＮ規格ないしはＦＥＡＰ（研磨剤製品工
業の欧洲連盟）推薦ｌこ基づ（所望の粒子フラクション
を得ることができる。

粉砕体と充填物との比を誤って調整すると、六方晶系の
単結晶は不都合ｔこ崩壊する場合がある。

次ｔこ、実施例１こつき本発明の詳細な説明する。

実施例 平均粒子直径８０μＩｎ ｔ ＜ ３２μｍの粒子配分
５係及び〉１５０μｍの粒子配分７係を有する沢過湿潤
した水酸化アルミニウムを、ＮａＡｌＦ３０．２重量類
、硫酸アルミニウム３重量類並びに巨大結晶状アルミナ
（完成生成物）２０重重量類混合しながら、ロータリキ
ルン内で温度約１３５０℃で加熱する。

この際に、炉内雰囲気は、廃ガス中ｔこなおＣＯが０，
４容量係存在するようｌこ調節する。

結晶成長における平衝状態は、既ｌこ５時間後ｌこ生じ
る。

冷却しかつ生成物を振動ミル内で粉砕した後、巨大結晶
状の板状アルミナｌこおいて下記粒子配分が測定される
： ２００μｍ−ふるい上の残留物 １．５％１５０μ
ｍ−ふるい上の残留物 ２．２係１２０／／
／／ ／／ ４．Ｑ係１００／／
ｎ ｎ ６．５％９０／／
ｔｔ、 ｔｔ ３．Ｑチロ０ｔｔ
ｔｔ ｔｔ ２３．３係５Ｑ／
／ ／／ Ｉ／ ５．Ｑ％４０
／／ ｌｌ ／／ ｌｌ、Ｑ係３
２／／ ｔｔ ｔｔ ２３．０％
３２ ／／ ／／ テ（７）通過物２０．
５％新規方法に基づいて製造された巨大結晶状アルミナ
は、アルファーＡｌ２Ｏ３少なくとも９９％から成る。

本発明のアルミナは、従来研磨剤工業及び酸化物セラミ
ックで使用された、電融アルミナ又は板状アルミナから
種々の粒度で製造されたアルミナに比較して、特【こ自
然成長しかつ良好Ｅこ構成された板状の結晶のみから成
っている点で優れている。

結晶成長時に形成される鋭角なエツジが、これらを特ｌ
こ機械的表面処理ｌことって極めて好適なものとする。

本発明の単結晶は、改善された研削゛特性だけなく、ま
た高められた焼結特性を示す、従って優れた品質を有す
る材料を酸化物セラミック工業に供給することができる
。

従って、本発明の目的はまた直径１６〜２５０μｍ１特
に２６〜２５０μｍ及び直径と肉厚との比３：１〜７：
１を有する六方晶系の板状酸化アルミニウム単結晶であ
る。

粉砕及び空気分級及び／又はふるい分けＧこよって、１
００〜１２００のＦＥＰＡ推薦ｌこよる研磨粒子並び（
こ例えば３２５メツシユの粒度を有する板状アルミナ微
粒子を得ることができる。

六方晶の板状単結晶は、ラッピング剤、つや出し剤、研
磨剤及び噴射仕上げ剤として並びに酸化物セラミックを
製造するためｌこ適当である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒度を六角形の直径によって規定した場合、粒度１
   ６〜２５０μｍ及び該直径と結晶肉厚との比３：１〜７
   ：１を有する、六方晶の板状アルファ酸化アルミニウム
   単結晶。 ２ 弗素化合物を０．００１〜０．５重量％の量で含有
   する鉱化剤の存在下に１２００℃を上回る温度で水酸化
   アルミニウムを■焼することにより、粒度を六角形の直
   径によって規定した場合、粒度１６〜２５０μｍ及び該
   直径と結晶肉厚との比３：１〜７：１を有する六方晶の
   板状アルファ酸化アルミニウム単結晶を製造する方法に
   おいて、平均粒度〉６０μｍを有する水酸化アルミニウ
   ムを最高１４５０℃の温度で■焼し、引続き所望の粒度
   フラクションを烟焼物から分離することを特徴とする、
   六方晶の板状アルミニウム単結晶の製法。 ３ ■焼を完成生物に対して種結晶５〜５０重量％の存
   在下に実施する、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 堰焼を還元性炉雰囲気内で実施する、特許請求の範
   囲第２項又は第３項記載の方法。 ５ 還元性炉雰囲気を相応する燃料／一次及び二次空気
   比を調節することにより作る、特許請求の範囲第４項記
   載の方法。 ６ 硫酸アルミニウムを完成物に対して１〜１０重量％
   の量で■焼炉に加えることによって還元性炉雰囲気を作
   る、特許請求の範囲第４項の方法。 ７ 硫酸アルミニウム３〜５重量％を装入物に混合する
   、特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ ■焼をアルミニウム金属採取からの金属屑の存在下
   に実施する、特許請求の範囲第４項記載の方法。 ９ 完成生成物に対して金属屑０．３〜５重量％を特徴
   する特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 粒度を六角形の直径によって規定した場合、粒度
   １６〜２５０ｊＩＩｎ及び該直径と結晶肉厚との比３：
   １〜７：１を有する六方晶の板状アルファ酸化アルミニ
   ウム単結晶をラッピング剤、つや出し剤、研磨剤及び噴
   射仕上げ剤として使用することを特徴とする、表面処理
   法。