JPS60235797A - オルソリン酸アルミニウム結晶の製造方法 - Google Patents

オルソリン酸アルミニウム結晶の製造方法

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JPS60235797A
JPS60235797A JP59090114A JP9011484A JPS60235797A JP S60235797 A JPS60235797 A JP S60235797A JP 59090114 A JP59090114 A JP 59090114A JP 9011484 A JP9011484 A JP 9011484A JP S60235797 A JPS60235797 A JP S60235797A
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phosphoric acid
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aluminum
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Kensaku Maruyama
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Motoi Takenaga
武永 基
Haruo Agari
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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
    • C30B7/00Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • 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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/14Phosphates

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】 (産業上の利用分野) 本発明はオルソリン酸アルミニウム結晶(以下、AeP
O4結晶と略り、特にはA/PO4単結晶の新規な製造
方法に関するものである。A I I) 04 結晶は
水晶(Sin2)と同様な結晶構造な有するために、表
面弾性波(SAW)素子用の圧電材料として有望視され
て(・る。また5102と同様に耐火性に優れているの
で、各種セラミックスの原料としても使用されている。
(従来の技術) AjPO4結晶を得る従来の方法は、次の方法か一般的
てあった。
即ち、 1)水可溶性のリン酸塩とアルミニウム塩な、水媒体中
て反応させてA I PO4な沈澱物として得ろ方法(
沈澱法)。
2)水酸化アルミニウム又は酸化アルミニウム・とオル
ノリン酸を混合し焼成して得ろ方法(焼成法)。
3) A6PO4をリン酸水溶液へ溶解させ、温度によ
る飽和溶解度差な利用して結晶な析出育成させる方法(
水熱合成法)。
然し、上記(1)の沈澱法は得られるAIPOlがX線
回折によると無定形であるので、A l! P 04結
晶とするためにはこの沈澱物を1000°C以上の高温
度で焼成する必要がある。
上記(2)の焼成法では水酸化アルミニウム又は酸化ア
ルミニウムとリン酸を、130〜270℃程度の温度で
反応して得られる固化物を、さらに300〜1300℃
の高温で5〜20時間焼成する必要があり、目つ、反応
装置も高温度のリン酸に対して耐触性のある高価な材質
を必要とする。また(1)の沈澱法と共に、焼成工程で
装置材質の腐蝕に起因する製品への不純物混入は避けら
れず、特に高純度を必要と一セろ最近の電子工業材料と
して満足し得な(゛。
上記(3)の水熱合成法は、いわゆる結晶法によってA
lPO1結晶を得るもので、単結晶を得るには適した方
法であるが、然しAlPO4の析出量が溶解度差分しか
得られず大量に生産するには大きな装置を必要とする。
またAIPOlは、飽和溶解度の温度勾配が負であるの
で、徐々に昇温する必要があり、操作時間が最低2日間
と長く、温度コントロールもそれだけ煩雑となる。
さらに飽和溶解度の温度勾配が負であるので、一般に2
0(1°C以上の高温にまで加熱する必要が生じ、装置
もこの温度のリン酸水溶液に耐える材質を要求される外
、熱エネルギーを多く消費する等の問題もある。
この様に従来公知の方法は、種々の問題点があり、それ
ゆえすぐれた特性を持っているAlPO4結晶の利用が
大きく阻害されているのが実状である。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明者らは、先に水と二相を形成し得る有機溶媒中て
′リン酸水溶液とアツベニウムの水酸化物または酸化物
とを反応させてAlPO4結晶を得る方法を出願した。
(特開昭58−1(14、(107号)しかしこの方法
は、経済的にAlPO4結晶を得る方法ではあるが単結
晶な得ることは極めて難しい。
(問題点を解決するための手段、作用および効果)本発
明者らは、高品質のAlPO4単結晶を経済的に得る方
法について鋭意検討を進めた結果、水と均一に混合し得
る有機溶媒、特には大気圧下で60C以I−の沸点を有
する1種以上の有機溶媒の存在十て、リン酸とアルミニ
ウムの水酸化物または酸化物を反応させる本発明を完成
するに至ったものである。
すなわち、本発明は、オルンリン酸アルミニウム結晶の
製造方法であって、水と均一に混合し得る有機溶媒、特
には大気圧下で60℃以上の沸点を+−r−する一様以
上の有機溶媒の存在下で、リン酸水溶液とアルミニウム
の水酸化物又は/及びアルミニウムの酸化物(以下、こ
れらを単にアルミニウム原料と記す)とを反応させるこ
とを特徴とする技術に関し、この技術によれば常圧下の
190℃以下の比較的低温度でAgPO4結晶を製造す
る事が可能である。
本発明方法の実施態様の1例を述べると、先ずリン酸水
溶液、アルミニウム原料及び有機溶媒を反応槽に仕込み
加熱する。なお、反応槽への原料及び有機溶媒の仕込順
序は1通常、上記の通り実施されるが、必ずしもこれに
限定する必要はない。
反応槽にはL部に冷却器が接続されており、加熱により
蒸発した水及び溶媒蒸気は凝縮し反応槽へ還流または系
外へ排出出来る様にしである。原料及び有機溶媒の仕込
みが完了すると、反応槽内容物を攪拌しながら加熱する
。加熱温度は沸騰温度で実施され、+JO熱時間2時間
以内で反応は完結寸ろ。加熱終了後は、生成したAlP
O4結晶がスラリー状となっているのて、これを通常公
知の方法で戸別分離乾燥すればAdPO,結晶が得られ
るが、本発明では戸別に先立って水と有機溶媒を蒸発溜
去させた後戸別する方法を採用すれば、本発明の目的で
ある単結晶のAlPO4を得る上で好ましく、またより
高純度のAlPO4結晶を得ろことが出来る。
尚、水及び有機溶媒の溜去に際し、この溜ツ、計に相当
する容量の有機溶媒を反応、槽に補給し乍も脱水な行な
い、脱水が終了した後41機溶媒とAlPO4結晶な戸
別により分離する方法で行なう。
本発明の方法において使用されるアルミニウム原料は、
ギブサイト、バイアライト、ノルドストランダイト、ベ
ーマイト、ダイアスポアー等の各種水酸化アルミニウム
、α−1γ−1δ−1θ−1ρ−1ξ−1χ〜、η−9
に一1型の各種アルミナが用いられる。使用するアルミ
ニウム原料及びリン酸水溶液も純度が高い程高純度の製
品が得られ易く好ましいが、特に限定されるものではな
い。
A / PO4の使用目的に応じてそれぞれ適当な純度
の原料を選択すれば良い。一般的には工業グレードのア
ルミニウム原料及びリン酸水溶液か充分使用出来る。
本発明の方法において、リン酸とアルミニウム原料との
反応モル比はP 20s /’A 1203として0.
8〜1.8の範囲、好ましくは1.(1〜1.3の範囲
でありこの範囲でAgPO,結晶が収率よ(合成出来る
Ac1)04において、リンとアルミニウムの理論モル
比はP2O,7’A l! 20.として1.0である
ので、実際の反応も1.、(lで良いはずであるが、八
e203に対してP2O,を過剰に加える方が反応の進
行は容易である。しかし、モル比が1.8以上の場合、
ΔIPO1の結晶化度が低下するので好ましくなく、ま
た反応槽内に於ける結晶の分散性が悪くなり固結物が生
じ操作性が悪くなる。一方、モル比が1.0未満の場合
、反応生成物中に未反応のアルミニウム原料が残存し好
ましくないが0.8以上あれば一部の用途に対し、ては
、問題のない品質のAePO4結晶が得られる。
本発明の方法において使用されるリン酸水溶液の濃度は
P2O,として64重量%以下(以下、%は特に明記し
ない限り重量%な表わす)が適している。本来リン酸と
アルミニウム原料との反応は、例えば、 Al2O3+2l−13P04→2AdPO4−1−3
1−1,0より明らかなように脱水反応であるので、一
般的にはリン酸水溶液は高濃度リン酸が速やかで望まし
い。しかし、本発明の方法に於いては、P2o5#度と
して64%を越える高濃度リン酸を使用すると、反応時
に反応生成物が固結しやすくなり反応系の攪拌が困難と
なるので好ましくない。一方、リン酸濃度の適正値下限
についても特に限定するも大きくせざるを得ないので実
用上は自ずと制限される。
本発明の方法において使用される有機溶媒は、水と均一
に混合するものであれば良い。状態変数の選択により上
記の有機溶媒の適否が異る場合もありうるが、一般的に
好都合な有機溶媒としてはエチレングリコールペ メチ
ルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ等の各種セロソ
ルブ類、メチルカルピトール、ジエチルカルピトール等
の各種カルピトール、n−プロピルアルコール、インプ
ロピル−γルコール、宜1−ブチルアルコールコールM
、n−プfルアルアミン、n−アミルアミン等のアミン
類、その他ジメチルポルム了ミド、アー七トニトリル、
ジメチルスルボギ/ド等、水3ト均一に混合する有機溶
媒があげられる。これらはイ\賢明の方法(C使用可能
な有機溶媒の一例にすぎγこれらに限定するものではな
い。有機溶媒の添加;11はその種類、リン酸水溶液の
濃度および反応時の攪拌条件などによりそれぞれ適正量
が異なるか、いずれの条件においても生成AIPO4結
晶のスリラー濃度が50%以下となる量を使用すること
が望ましい。以上のことから従来のAdP04結晶の製
造に多くの日数を必要としていたのに対し、本発明では
有機溶媒の存在下で反応させ、得られたAIPO4結晶
は戸別乾燥する方法であるので、製造日数が短縮され、
熱エネルギ〜の消費も少なく、また製造装置も通常のガ
ラスまたはステンレス製で充分である。
以上のように本発明は、従来は、簡便には困難であった
yAlPO4結晶、特に単結晶な安価に製造する事を可
能にしたもので、電子材料や耐火材料等のT業用分野に
おいて大きな価値がある。
(実施例) 以下、実施例により本発明をさらに明確に説明する。
実施例1 リン酸水溶液( P2O,濃度54%)1459、水酸
化アルミニウム(ギブサイト型)789、エチレングリ
コール2509をフラスコに仕込み、攪拌しながら昇温
させ還流温度(月1℃)以下で約1時間加熱した後、反
応系内の水分とエチレングリコールな蒸発させ、留出し
たエチレングリコールド水に相当する容量のエチレング
リコールを系内に加えながら脱水を行なった。脱水か進
行するに従い内温か上昇し、内温か160℃を越した時
点で加熱な中小して冷却後、生成物(沈殿)を溶媒より
戸別し、これを乾燥して白色細粒の生成物を得た。この
生成物のX線回折図な第一図に示す。
第1図より明らかなように回折角度2θ−26,4°、
20、+(’、49.7°に主ピークを有し、ASTM
カートIn−423に記載のベルリナイト型A eP 
O,の特性回折ピークと一致した。また第2図にこのベ
ルリナイト型A I P O,の電子顕微鏡写真を示す
。第1図、第2図より明らかなように得られた生成物は
A/PO4結晶である。
実施例2−5 水酸化アルミニウム(キブサイト型)、酸化アルミニウ
ム(A12osのα化率85%)、リン酸水溶液(P2
0554%)有機溶媒をそれぞれ第1表に示した条件で
仕込み、第1表に示した以外の条件については実施例1
と同様な操作によりAIPO,結晶を得た。得られたA
 I P O4結晶の収量及び分析結果を第2表に示し
た。
第1表、第2表により明らかなように、本発明によりい
ずれも190°C以下の比較的低温度でA I P 0
4結晶がほぼ定量的に得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によって得られたAlPO4結晶のX線
回折図を縮小してトレースしたものである。 また第2図はこのものの顕微鏡写真(倍率1740倍)
である。 特許出願人 三井東圧化学株式会社 第 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l)水と均一に混合し得る一種以上の有機溶媒の存在下
    で、リン酸水溶、液とアルミニウムの水酸化物又は/及
    び酸化物とな反応させることを特徴とするオルソリン酸
    アルミニウム結晶の製造方法。 2)有機溶媒が大気圧下で、60°C以上の沸点な有す
    る化合物であることな特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の方法。 3)リンとアルミニウムのモル比がP2O,・A(20
    3としてn、R〜1.8 の範囲であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。
JP59090114A 1984-05-08 1984-05-08 オルソリン酸アルミニウム結晶の製造方法 Granted JPS60235797A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01261211A (ja) * 1988-04-08 1989-10-18 Mitsui Toatsu Chem Inc オルソ燐酸アルミニウム結晶の製造方法
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