JPS593093A - 単結晶の製造方法 - Google Patents

単結晶の製造方法

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JPS593093A
JPS593093A JP11053582A JP11053582A JPS593093A JP S593093 A JPS593093 A JP S593093A JP 11053582 A JP11053582 A JP 11053582A JP 11053582 A JP11053582 A JP 11053582A JP S593093 A JPS593093 A JP S593093A
Authority
JP
Japan
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single crystal
raw material
material powder
powder
alumina
Prior art date
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Pending
Application number
JP11053582A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadanori Hashimoto
橋本 忠紀
Masaaki Hama
浜 正明
Keiichiro Watanabe
渡辺 敬一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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Priority to EP83303703A priority patent/EP0098724A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/04Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B11/08Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt every component of the crystal composition being added during the crystallisation
    • C30B11/10Solid or liquid components, e.g. Verneuil method

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はペルヌイ法卑結晶製造において、単結晶原料粉
末を球状に造粒することにより、原料の流動性を増し、
酸水素炎の中を落下する原料粉末の落下量を正確に制御
して得られる単結晶の品質、生産性および収率を飛謬的
に向上させる単結晶の製造法に関するものである。
従来より単結晶の製造法は種々の方法が専業され実用化
されている。これらの単結晶製造法の一つにベルヌイ(
Verneuil)法または火炎熔融(flame f
usion)法と呼ばれる方法がある。
この方法は原料粉末を入れた容器の如部をバイブレータ
−で打・ち、酸水素炎中に原料粉末を少量ずつ落下させ
熔融した原料を受器台上につもらせ、これを徐々に成長
させることKより単結靜を製造するものである。この方
法はルツボを使用しないので結晶育成中に不純物が混入
しづらく、シかも大きい単結晶を他の製造法に比べて短
時間で得ることができる特徴をもっている。
このためこの方法でアルミナ(Aff1203)系、ス
ピネル(MgAn204)系、ルチル(TiO2)系、
チタン酸ストロンチウム(SrTi03)系、イツトリ
ウム・アルミニウム・ガーネット(Y3届、0□2)系
、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GdBG&5
0□2)肋 どの単結晶が人造宝石としてだけでkく、
軸受・腕時計用窓材料などの耐摩耗材料やレーザー材料
などの工業材料として多量に製造されている。
しかしベルタイ法単結晶製造方法には原料粉末が容器頭
部に加えられるわずかな振動によってブロッキングをお
こさずに答缶底部の篩を通して均一に落下しないと単結
晶がイ0られないという欠点があった。そのため原料粉
末磐造に当たりては高純度で熔融させやすいということ
の他にブロッキングを起こさず篩を目詰首りさせない流
動性の良い粉末が要求されている。このような要求に対
して従来は熔融させやすくするために粉末の一次粒子径
が78m以下と細かく流動性を良くするために嵩密度の
低い粉末が使用されていた。流動性の良い原料粉末とし
ては例えばアルミナ系単結晶の場合にはアンモニウムミ
ョウバンを約/θθθ℃で熱分解して得られる鱗片状の
γ−アルミナ粉末が使用されている。
この粉末は鱗片状をしているため容鮨内でブロッキング
を起こしづらく流動性が良いという特徴をもっている。
しかし粉末の嵩密度が非常に小さいので容器が大きくな
υすぎ振動を与えづする際に周囲に吹き飛んでしまう粉
末が相当多く高価な原料から単結晶を得る収率が悪いと
いう問題点があった。またアンモニウムミョウバンの熱
分解で得られる粉末は粒度分布の幅が広いため一定の粒
径以上の粉末は予め篩で分級して取除いてから単結晶製
造に使用している。このためこの工程でも原料粉末の収
率が悪いという問題があった。このように高価な原料粉
末の収率が悪いことや、嵩密度が低すぎて扱いづらいと
いう点を犠牲にして流動性を確保しようとしている。し
かし流動性についても従来のアンモニウムミョウバンの
熱分解法では原料粉末の形状を常に一定にすることは非
常に困難で装造単位ごとに流動性が大きく変化し安定し
た単結晶を製造することが困難であった。
結晶製造方法を見出し本発明を完成した。
本発明は従来より知られている鱗片状をした原料粉末を
使用するベルタイ法単結晶製造法に比べ、球状に造粒し
た原料粉末を使用するため原料粉末の嵩密度が高く、シ
かも極めて流動性に優れておシ単結晶製造時の収率を大
幅に向上させることができ、また流動性が安定している
ため良質な単結晶を容易に得ることができる単結晶製造
法を提供するものである。
本発明は球状に造粒した単結晶原料を用いることを特徴
とするベルタイ法単結晶の製造方法である。
単結晶原料を球状に造粒する方法としては原料粉末と水
または有機溶剤などの溶媒からなるスラリーを噴霧乾燥
機または流動乾燥機を用いて行なう方法があげられる。
特にI*霧乾燥機による造粒が得られる造粒体の粒径の
点から好ましい。造粒体の粒径は原料粉末の流動性と熔
融しやすさによって任意に選ぶことができる。だだ造粒
体の粒径がjメガ下だと酸水素炎の中を落下させる時に
飛び散りやすく収率が悪くなる場合があることと、30
μm以上になると単結晶成長部に落下した後熔融するの
に時間のかかる場合があるので粒径としてはj−3θμ
mの間にあることが望ましい。
造粒するための原料粉末のスラリーは攪拌機ボールミル
、超音波分散機などを用いてkWすることかできる。
本発明の適用できる単結晶原料としては従来ベルタイ法
単結晶製造に使用されていた原料粉末だけでなく流動性
のみが問題でベルタイ法に適用できなかった原料粉末を
使用することができる。単結晶原料粉末には着色または
その他の機能の付与を目的として本発明の効果を損なわ
ない範囲で種々の添加物を使用することができる。ただ
し良質な結晶を得るためには添加物の量はS重量−未満
に留めることが望ましい。これら原料粉末のうちで主成
分の含有率が93重量%v上のアルミナ(I%J320
a)系、スピネルCMg届204)系、ルチル(T、1
02)  糸、チタン酸ストロンチウム(SrT103
 )  系、イツトリウム・アルミニウム・ガーネット
(Y3A#50tz)系、カドリニウムΦガリウム・ガ
ーネット(GdaGasOx2)系に本発明は適してい
る。特に好ましくは原料調整の容易さの点からアルミナ
単結晶用原料粉末に本発明を適用するとその効果を第も
発揮することができる。捷た使用する原料粉末および添
加物の純度は得られる結晶の品質に大きく影響するので
できるだけ高純度品を使用することが望ましい。特に主
成分となる原料粉末は少なくともソ2.7重量−以上の
純度でなければならない。これらの原料粉末のうちアル
ミナでは99.99重量%以上の高純度品を用いると特
に良質な単結晶を得ることができる。
本発明により球状に造粒した原料粉末を用いて単結晶を
製造するための装置としては従来からあるベルタイ法単
結晶製造装置を使用することができる。
以上述べたように原料粉末を球状に造粒することを特徴
とする本発明によって従来のベルタイ法単結晶製造のよ
うに調製の難しい鱗片状の原料粉末を使用しなくてすむ
ようになり、流動性確保のため犠牲にされていた粉末物
性の最適化が行なえるようになったことは良質な単結晶
邊 を容易に収率良く製造でき’1llGiQという点で単
結晶製造技術において画期的なととである。
以下に本発明の内容をさらに具体的に示すために実施例
、比較例を示すが、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではない。なお実施例中の百分率はすべて重1によ
りている0実施例/ 一次粒子径θ、jμm、純度99.99%の高純度α−
アルミナ(住友化学工業株式会社製)/与と水/、S〜
をアルミナ製ボールミルで混合してスラリー状とした。
このスラリーを回転円盤式噴霧乾燥機にて乾燥造粒を行
ない平均粒径6θμmの球状造粒体θ、2に〜を得た。
こうして得られた球状のα−アルミナ造粒体の嵩密度は
θ、ざJE10n3と尚く舞い上ることもなく取扱いや
すくしかも非常に流動性に富んでいた。当該アルミナ造
粒体を原料として通常のベルタイ法単結晶製造装置にお
いて酸素ガスと水素ガスをそれぞれ0.3 m3 /)
(y 、人Sm”/Hrの割合で混合燃焼させながら、
ホワイトサファイア単結晶を一θm/Hrの成長速度で
製造した。得られた単結晶は周囲に原料の付着も見られ
ず非常に良質であった。a−フルミナ造粒体から単結晶
を製造した時の収率は9A%と高かった。
実施例2 水酸化アルミニウムを焼成して得られた一次粒子径O0
θjμm1純度22.ン7チの高純度r−アルミナ(住
友化学工業株式会社ff)/lkと水j、jlIPをア
ルミナ製ボールミルで混合してスラリー状とした。この
スラリーを二流体ノズル式pJj楊乾燥機にて乾燥造粒
を行ない平均ヶθμmの球状造粒体θ、?5KPを得た
。こうして得られた球状のγ−アルミナ造粒体の嵩密度
は0.897cm3と高く舞い上ることもなく取扱いや
すく、シかも非常に流動性に富んでりた。γ−アルミナ
造粒体から単結晶を製造した時の収率は9Sチと高かっ
た〇 比較例/ アンモニウムミ目つバンを熱分解して一次粒子径θ、θ
Sμm1粉末凝集体の形状が鱗片状でその平均径がざθ
μm1嵩密度θ、、2f/cm3純度?9.5J9%の
高純度r−アルミナを製造した。このγ−アルミナ粉末
は容器を移し換える時などに舞い上シやすく非常に取シ
扱いにくかりた。このr−フルミナ粉末を使用して実施
例/と同一条件で単結晶を製造したが、得られた単結晶
は周囲−面にアルミナ粉末が付着していた。アンモニウ
ムミ目つバンを熱分解して得たγ−アルミナ粉末から単
結晶を製造した時の収率はにθチと低かった。
比較例コ 実施例−で用いた水酸化アルミニウムから製造したr−
アルミナ粉末を造粒することなくそのまま使用して実施
例/と同じベルタイ法単結晶製造装置を用いてサファイ
ア単結晶製造を試みた。しかし造粒しないこのr−フル
ミナ粉末は流動性に欠は酸水素炎の中に#1とんど落下
しなかつたため単結晶が全く成長しなかった。
実施例3 実施例/においてスラリー調整時に、高純度α−アルミ
ナ粉末に対して一次粒子径θ、jμmのCr2O3粉末
(日本化学工業株式会社製)を、2チ添加して回転円盤
式噴霧乾燥法によシ乾燥造粒を行ない平均粒径乙θμm
の球状造粒体を得た。こうして得られたCr2O3添加
アルミナ造粒体の嵩密度はθ、ざP/cm3と高く舞い
上ることもなく取扱いやすく、シかも球状をしているた
め非常に流動性に富んでいた。
この造粒体を原料として実施例/と同様の加熱条件と成
長速度/jscw・/ Hrでルビー単結晶を製造した
。得られた単結晶は非常に良質で単結晶製造時の収率も
96チと高かった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 /)球状に造粒した単結晶原料を用いることを特徴とす
    るベルタイ法単結晶の製造方法0.2)単結晶原料粉末
    を球状に造粒する方法が噴霧乾燥法である特許請求の範
    囲第4項記載の単結晶の製造方法 3)単結晶原料粉末造粒体の直径がj−Jθμn1であ
    る特許請求の範囲第1)項記載の単結晶の製造方法 り)単結晶原料の25重量%以上がアルミナ(u203
     ) 、スピネル(MgAl320a )、ルチル(’
    Tl02)、チタン酸ストロンチウム(SrTi03)
    イツトリウムΦアルミニウム・ガーネットる特許請求の
    範囲第4項記載の単結晶の製造方法 j)単結晶原料中のアルミナ含有率が95重量−以上で
    ある特許請求の範囲第4項記載の単結晶の製造方法 6)純度が99.2重量−以上のアルミナを使用し、か
    つ単結晶原料中のアルミナ含有率がりS重量−以上であ
    る特許請求の範囲第1)項記載の単結晶の製造方法
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Cited By (1)

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