JPS6252128A - アルミナ−ジルコニア混合酸化物及びその製造方法 - Google Patents

アルミナ−ジルコニア混合酸化物及びその製造方法

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JPS6252128A
JPS6252128A JP61128279A JP12827986A JPS6252128A JP S6252128 A JPS6252128 A JP S6252128A JP 61128279 A JP61128279 A JP 61128279A JP 12827986 A JP12827986 A JP 12827986A JP S6252128 A JPS6252128 A JP S6252128A
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フランコ・モンテイノ
ギイウゼツペ・スポト
モンテヂソン・エス・ピイ・エイ
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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 本発明はサブミクロン級の粒径をもつ球状粒子より本質
的に成るアルミナ−ジルコニア混合酸化物に関する。特
に、制御された粒子分布をもつ球状の、非集塊状態の粒
子より本質的に成るアルミナ−ジルコニア混合酸化物に
関する。
従来の技術、発明が解決しようと する問題点 アルミナは、各々異なる結晶形で、多種多様な方法で使
用、例えば、電子工学用材として、半導体基質の調製や
集積回路の包装に、セラミック用材として、切削用工具
の調製に、或は又不均一系触媒に於ける触媒支持体とし
て使用されることは周知である。
アルミナを基体とする焼結材料は、非常に高度な機械的
強度は示さない。例えば、同材料使用の切削用工具は、
切削加工中にその特性を喪失しやすい。
加えて同材料の引張り強度も低い。
また、強度特性の低さは、大半が焼結材料の硬度欠如に
由来していることも周知の事である。
上記特性の著しい改良は、アルミナを、各種結晶形で、
単分散形成は多分散形で、非集合状態、狭い粒子分布、
粒径サブミクロン級または数ミクロンまでの球状粒子形
で使用することにより行われる。
アルミナ水和物を球状粒子形で得るには、例えばJou
rnal of Co11oid Interface
 5cience、 Vol、 48゜N[R2、Au
gus t 1974.第291頁、 P、L、Cat
one、 E、 Ma −tijevic著「アル゛ミ
ニウム水和酸化物ゾル−U−Al−see−ブトキシ加
水分解による均一球状粒子の調製」中に記載されている
方法など、幾つかの方法が知られている。
アルミナ水和物が非常な高生産性を以って得られる方法
が、我々の先の特許出願(イタリー国特許出願1985
年第19959A号)中に記載されている。
上記アルミナ水和物は、熱処理を行う事により、出発先
駆物質と形態学的にも粒子的にも同一特性を保持してい
るガンマ−アルミナを提供する。この点については、我
々は、例えばE、 Mati jevic他「Hete
rogeneous Atmospheric Che
mistry GeophysicalMonogra
ph 5eries j Vol、郷P、44〜49 
(1982)所載論文を引用することが出来る。
更に我々の先に提出した特許出願(イタリー国特許出願
1985年第j9142A号)中では、出発先駆物質の
もつ粒子、形態学双方の特性を保持している球状粒子よ
り本質的に成るアルファーアルミナ又はアルファーアル
ミナとテーク及び(又は)イータ及び(又は)デルタ−
アルミナで構成される結晶相混合物取得の可能性につい
ての論述が行われている。
事実、形態学的特性、粒子分布等は上記アルミナから得
られる材料を前記各用途に使用する場合、同材料の機械
的、熱的、電気的各特性を大きく左右し、各特性を著し
く向上させることは、周知の通りである。
また、アルミナのもつ引張り強度もジルコニア粒子をア
ルミナ自体中に分散させると向上することも証明されて
いる。即ち、Comm、 of the Amer。
Ceram、 5ociety誌1984年5月号、C
第92頁掲載論文「溶液蒸発分解によるアルミナ−ジル
コニア粉体の調製方法j中で、著者り、W、 5pro
son、 G、 LoMe −ss ing等は、(引
張り)強度の向上は正方晶系相中に安定化したジルコニ
アが存在していることによるものであるとの主張をして
いる。
ジルコニアは種々の異なる結晶相中で、即ち、単斜晶系
相約1200℃以下、正方晶系相1200℃乃至240
0℃、等軸晶系相2400℃以上の高温で存在すること
が出来ることが知られている。
アルミナの機械特性が向上するのは、アルミナ中に分布
するジルコニアが室温下に正方晶系の形態を保持してい
る場合に限られ、更に、酸化アルミニウム基体物質を1
200℃乃至2400℃の温度範囲で熱処理後、単科晶
系相に転化しないことが条件となる。即ち、アルミナは
ジルコニアを正方晶系相に安定化すべきであり、焼結の
ため熱処理に付した生成物が室温に戻った後、単斜晶系
相に転化するのを妨げるべきである。
正方晶系相にジルコニアが安定化するのは、アルミナ中
に分散させるジルコニアの結晶粒径が臨界値の範囲内、
通常0.2乃至0.6μmの範囲内にある場合に限って
可能である。
この点について、我々は、例えばE、P、Butler
A、H0Hener共著の論文r Zr02−強化Al
2O5中ZrO2粒子のX線微量分析J (Commu
nications of the Am−er、 C
eram、Sac、、 December 1982.
 C第206頁)又は公告された欧州特許出願EP第1
19028号を引用することが出来る。
ジルコニア粒子が不均一な分布をしていると、生成物中
に不均質性が生じる結果、焼結工程中で亀裂が発生する
ことが良く知られているため、アルミナ中にジルコニア
粒子が均一に分布していることが、上記機械特性及び硬
度の向上のため必須条件となる。この現象は、例えば、
Journal Am。
Ceram、 Sac、 66 (6)、1983.4
07頁所載、F、 F。
Lange、 B、 I、 Davis共著の論文「加
工関連破壊原因N 、 ZrO2、Al 203−Zr
02複合物中集塊物の示差焼結」に詳しい。
上記分散特性をもつ既知のアルミナ−ジルコニア混合酸
化物は、単分散或は低多分散指数の多分散球状粒子形で
はなく、集塊粒子形である上、球状性を欠如している。
ジルコニアをアルミナ中に均一分布させた場合でも、生
成物は電子顕微鏡で見ると、幾何学的形状に欠けており
、集塊の形で存在しているのが分る。
従って、これ等の混合酸化物にあっては、前記特性上の
向上は失われている。即ち、アルミナについて既述の球
状性、非集塊性、粒子分布等に起因する各種特性の向上
は失われている。
事実、前記ジルコニア強化アルミナ(ZTA )調製の
先行技術で公知の各方法を使用する場合、上記引用の各
方法により球状粒子形でアルミナを得る条件下で作業を
進めても、得られるアルミナ−ジルコニア混合酸化物は
、アルミナ単体としてアルミナのもつ形態学上、粒子上
の特性をもはや示さない。
従って、正方晶系形でジルコニアを安定化して得られる
アルミナの強度特性の向上と、球状粒子形で粒子分布の
狭いアルミナから得られる特性の向上を組み合わせるこ
との出来るようなアルミナとジルコニウムの混合酸化物
を得る必要性がある。
問題点を解決するための手段 形態制御、粒子分布制御の非集塊性粒子より本質的に成
り、ジルコニアにより得られるアルミナの機械的、熱的
、電気的特性を顕著に向上させることの出来る、室温下
で正方晶系相に安定化したジルコニウムを含有するアル
ミナ取得の可能性のあることを我々は意外にも発見した
のである。
そこで本発明の目的は、非集塊性、サブミク。
ン級、球状粒子形の、数平均直径は0.1乃至約1μm
であり、多分散指数dw / d n値は2.0以下(
但し、dwは重量平均直径であり、dnは数平均直径で
ある)のアルミナとジルコニアの無定形混合酸化物を主
要なものとし、そのアルミナ中に均一に分布するジルコ
ニアは、多くとも38重量パーセントであり、当該無定
形混合酸化物を加熱処理して結晶性混合酸化物と転じた
後、室温下で正方晶系相に安定化するものである。
ジルコニアを含むアルミナ粒子は単分散或は多分散とし
ても良い。
本発明にあって「単分散粒子」と言う時は、dwは粒子
の重量平均直径、dnを数平均直径とする時、dw/d
nで示す多分散指数が1.20以下であるような本発明
による混合酸化物粒子を言う。
また、本発明により「多分散混合酸化物」と言う時は、
dw/dn比2以下比較以下意味である。
特に、dw/dn比が1.30以下の場合には、その粒
子は低多分散指数をもつものと考えることにする。
本発明による混合酸化物は、0.2乃至0.5/1mの
範囲の線状直径をもつものであることが好ましく、0.
3乃至0.4μmであることが更に好ましい。
本発明の更に別な目的は、本発明の上記無定形混合酸化
物から、加熱処理後に得られるZTAに存する。また、
室温安定化処理の正方晶系相と異るアルミナの公知結晶
性相との可能な組み合わせは、全て本発明の目的内に入
るものである。
事実、本発明による混合酸化物を公知の熱処理方法に供
すると、正方晶系ジルコニアとガンマ、テーク、イータ
、デルタ、アルファ各相のアルミナとの組み合わせを得
ることが出来るのである。
アルミナが更に様々の結晶相、例えば、ガンマ=テータ
、ガンマ=テータ=デルタ、デルタ=アルファ相で存在
する組み合わせも取得することが出来る。
ZTA中に含有されるジルコニア量は、25%以下であ
ることが好ましい。
本発明による別種のジルコニア強化アルミナは、形態、
粒子両特性については透過電子顕微鏡(TEM)により
、ジルコニア、アルミナの無定形、結晶各相の判定につ
いてはX−線回折分析により、それぞれ特徴づけられる
利用される各種相についてのJ、C,P、D、 S、基
準は以下の通りである: ガンマ−アルミナ  Nα14−425アルフアーアル
ミナ Nα10−173デルタ−アルミナ  Nα16
−394チーターアルミナ  N(L 11−517ジ
ルコニア正方晶系 N[L 17−923生成物につい
て、ジルコニア結晶子の粒径をも測定し、正方晶系相に
安定化させたジルコニアを得るために、粒径が前記臨界
値以下であるかどうか制御する。
結晶子の平均粒径Dll)は、X線により、5herr
er式で決定する: 式中、K=定数 λ=放射線波長 β=反射(1)の半高に於ける広さく度)υ=ニブラッ
ク折角 ジルコニアについては、式は下記となる:「平均D(I
I)jとは、式(2)により計算される、ZTAのX−
線回折スペクトル中に現われる反射D([)の半高広さ
の測定から得られる数値のことである。
X−線スペクトルは、Cu製陽極管付X−線発生器を装
備した装置によりCuKアルファ放射線、シンチレーシ
ョンゴニオメータ−1電圧36Kv、電流18 mA 
、  Niフィルター等を使用して行う。
ZTA中の結晶子D(10の平均粒径は、きまって、正
方晶系相の安定化臨界限度よりづつと低い。普通、15
0乃至800Xの範囲にある。
本発明によるジルコニア強化アルミナは、また安定剤、
例えば、MgO1NiOXY2O3、Cr2O3、Ce
O2、CaO等を含むものであっても良い。同安定剤は
、単独又は他との併用であっても良く、その使用量は、
Y2O3の場合1乃至10%、CaOの場合3.3乃至
4.7%、MgOでは2.8乃至4%の各範囲内(比率
は全て重量パーセント)である。
他の上記酸化物についても、同様の比率で使用すること
が出来る。
本発明によるZTAアルミナは、以下詳述の如く、高分
子電解質を使用、溶液からの沈澱物により得ることが出
来る。
事実、本発明の更に一つの目的は、本発明によるアルミ
ナ−ジルコニア無定形混合酸化物を、Al3+濃度0.
3モル/リットル以下、好ましくは0゜2モル/リット
ル、系中に存在する全Al重量の少くとも80%につい
て、アルミニウム塩の生成源が硫酸アルミニウムである
アルミニウム塩、Zr1I+濃度が1000℃、2時間
燻焼処理した生成物のAl2O3、ZrO2総重量から
計算して、ZrO2としての重量が多くても38重量%
以下であるような、反応条件下で可溶のジルコニア塩か
ら成る水溶液から出発して、平均分子量100万以上、
イオン性最大限3ミリ当量/グラム(meq/7)以上
、反応条件下で可溶の陽イオン性高分子電解質の存在下
、水和アルミナ−ジルコニア混合酸化物を、OH−イオ
ン放出可能物質の存在下に均一系沈澱が得られるような
条件下で沈澱を行い、更に、室温で行う出発溶液の処理
中に生じる沈澱物を再溶解する数量のH2S0t4の存
在下で操作を行うことにより、調製することにある。
他に選択出来る方法は、反応条件下でアルミニウム塩に
高分子電解質とOH−イオンを放出できる塩基性化物質
を添加して出発溶液を調製、溶液を少なくともpH3に
酸性化して、その後ジルコニウム塩と硫酸塩を添加する
ものである。
硫酸塩は、前記方法で使用する硫酸に対して等モル量添
加使用する。しかしこの場合、ジルコニウムの使用量に
よっては、硫酸塩の使用量を少なくしても良い。
当該技術の熟練者なら、それぞれ異なるジルコニウムの
使用濃度について、硫酸塩の最小使用量を容易に決定し
て、本発明による球状形態と所定の粒子分布をもつアル
ミニウムージルコニウム水和混合酸化物を得ることが出
来る筈である。
使用する陽イオン性高分子電解質のイオン性は3.5 
meq / 9以上であり、分子量が300万乃至60
0万の範囲内にあることが好ましい。
本発明の高分子電解質の使用量は、溶液中の出発アルミ
ニウムに相当するAl2O3の理論量に対して、2.5
重量%以上を使用するが、高分子電解質の使用量は3重
量%以上、特に、3.3重量%以上使用することが好ま
しい。
本発明の高分子電解質は、使用に先立ち、1/!当り濃
度数g普通は1乃至2gで、水中に溶解してから使用す
るのが好ましい。
高分子電解質の使用量は、上記使用量よりも多量、例え
ば、7乃至20重量%使用しても良いが、この場合7.
5重量%以下では、粒子の形態、粒子分布等に関し顕著
な変化はみられないが、使用高分子電解質量が7.5重
量%以上となると、粒径が減少する。例えば、高分子型
゛解質の使用濃度が20重量%の場合、粒径は0.3μ
mから0.2μmに変化する。
反応条件下、高分子電解質が分離して水相とは異なる相
とならない場合には、高分子電解質は、普通、高濃度で
使用することも出来るが、この場合には粒径減少効果は
一段と顕著となる。
本発明による高分子電解質のイオン性は重合体鎖の全長
上に分布する陽イオン基の数※こ関係しているため、本
発明による結果を得るには、陽イオン基が重合体鎖の数
ケ所の帯域上にだけ配置されていると、高分子電解質の
活性の低減へとつながるので、陽イオン基は重合体鎖上
に規則的に分布していなくてはならない。
イオン基濃度が最少限3 meq/g相当の場合に最高
の結果が得られることを我々は発見したが、陽イオン基
量は4 me−以上であることが好ましい。
使用する陽イオン性高分子電解質のイオン性を定量的に
決定するには、公知方法(こより陰イオン性高分子電解
質を滴定剤に使用して行うが、本発明に於いて使用の方
法は、Ind、Eng、Chem、、 Prod。
Res、 Dev、Vo 1.14 Nα4.1975
.312〜314頁、L、 K。
Wang、 W、W、 5huster共著[高分子電
解質低濃度測定力法」による。この方法だと、高分子電
解質中の正の電荷のダラム当りミリ当量(meq/7)
数の算出が出来る。
本発明で使用の滴定剤陰イオン性高分子電解質は商業製
品PVSAKで、ポリビニルスルホン酸のカリウム塩を
主成分とする。更に我々が発見したことは、高分子電解
質構造が線状構造であればある程、その性能も、それだ
け大となると言うことである。また、分子量が同一だと
すると、分岐構造の高分子電解質は、低活性を呈する。
しかし、反応条件下で可溶であり、多量に導入使用する
場合には、陽イオン性分岐高分子電解質を使用しても良
い。
本発明の製造方法に特に適していることが証明される高
分子電解質は、一般式: 〔式中、R1、R2、R5、Tは相互に等しいか異なる
もので、H1炭素原子数1乃至4の脂肪族炭化水素より
成る群より選択される; YはH又は−CHう: ZはH又は−CH3; Xは陰イオン、特に、塩化物又は硫酸塩:nは整数であ
る〕 をもつ置換アクリルアミドを基体とする繰り返し単位か
ら成る重合体である。
上記単位で構成される重合体は、非イオン性ポリアクリ
ルアミドρ)ら、公知の反応、例えば、マンニッヒ(M
annich )反応等により得られる。
其の個使用可能の陽イオン性高分子電解質はポリビニル
アミン類で、ポリアクリルアミド類からホフマン分解反
応、次いで、公知技術による窒素原子の四級化により、
或はビニルアミン類の公知の方法による重合反応、次い
で、窒素原子の四級化処理により得られるもので、一般
式:C式中、R4、R5、R6は前記R1と同一の意味
のものであり、X、Y、nは前記と同一の意味をもつ〕
のらのである。
好まシイ化合物とL−’Cは、Y、 Z、 T、 R5
、R4がHであり、R1、R2、R5、R6は相互に等
しいか異なるが、Hl−CH3又は−C2H5から成る
群から選択されるものである。
前記陽イオン性単位で構成される重合体は、一般式。
C=。
H2 〔式中、mは整数であり、Yは前記の意味をもつ〕を有
する非置換アクリルアミドの中性単位を含有するもので
あっても良い。
中性及び陽イオン単位は、重合体鎖沿いに統計的な分布
をしていて、イオン性、分子量等は、既存の数値をもつ
ものである。
中性単位を次のものの中から選択する共重合体の使用も
出来ろ: 〔式中、RはH又は炭素原子1乃至4含有脂肪族炭化水
素〕 C=0 R7 〔式中、R7はRと同意義〕 R3 〔式中、R8はRと同意義〕 CC00RC00R10 〔式中、R9、RIOはRと同意義〕 単位はポリビニルピリジンに由来する。異なるクラス中
のmは前記と同意義である。
アクリルアミドの陽イオン性単位とこれら中性基を含有
する共重合体は、先行公知の方法により得られる。
特に、特定イオン単位と上記種類al)の基で構成する
重合体は、C’H2= CHRオレフィンとアクリルア
ミドの重合反応で得られ、種類a2)の基の場合には、
アクリルアミドとアクリル酸エステルとの重合反応によ
り、種類a3)の場合には、ビニルエーテルとアクリル
アミドの共重合反応で、a4)(7)の場合には、マレ
イン酸とアクリルアミドとの共重合反応で、またa5)
の場合(こは、アクリルアミド、ビニルピリジンの共重
合反応により、各々得られる。
各々のグループに表示した各種中性単位は、単景体の数
を大きくして同時に重合させる場合に、前述の分子量値
、イオン性値を常に保持する時は、重合体鎖中に同時に
併存する。
前記中性及び陽イオン基中に現われる異なる基の組み合
わせは、本発明の使用条件下に可溶性重合体へと導かれ
るような方法で選択する。
特に、前記種類を異にする時は、炭素原子数1或は2の
炭化水素基が好ましい。
ポリアクリルアミド類の高分子電解質は、商品名Eco
clar、 Praestol、 5eparanの各
商業製品であり、固体、乳液状の各状態で入手可能の製
品である。
上記電解質の好ましい使用法は、使用時に、濃度1〜4
Vlで同市販電解質の水溶液を調製し、必要量を使用す
ると良い。事実、当該高分子電解質水溶液は、短時間、
普通、数日間のみ安定した状態にある。
均一系沈澱は、反応媒体中に、溶液の局所的過飽和状態
を回避するよ3、OH−放出可能物質を除々に且つ均一
に導入することにより行う。
OH(オン放出が可能な物であれば、どの物質でも使用
し得る。例えば、尿素、フォルムアルデヒド等を好まし
い化合物としてあげることが出来る。本発明の方法では
、使用物質がOH(オンを放出することが出来る温度で
作業を行うものであるが、ジルコニウム含有アルミナ水
和物の量的産出を短時間に得るには、OH−放出が可及
的に迅速に行われる温度で作業をする必要がある。
例えば、尿素は、約60℃と比較的低温で既にOH−イ
オンの放出を始めるが、約80℃の温度で作業を行うと
ジルコニア含有アルミナの量的産出は、約数時間という
極端な長時間をかけて得られることになる。或は、非常
に大量の尿素の使用が必要となり、その結果、生産原価
が増大し、更に、均一系溶液を得るための尿素、高分子
電解質の可溶化処理が一層困難となる。
沈澱処理を極めて短時間のうちに完了すると共に高分子
電解質の分解の可能性を回避するため、90乃至100
℃の温度範囲での作業が望まれる。
上記条件下では尿素対Alモル比は10或は10以上、
13以上とすることが好ましい。本条件下で要求される
、本発明の複合水利酸化物の定量的沈澱時間は数時間、
通常l乃至4時間に及び、球状粒子の粒径は、採用する
尿素対hp比率とは殆んど無関係であることが判ってい
る。
作業は大気圧下或は加圧下でも行い得るが、後者の場合
には、沈澱処理時間は更に低減する。
アルミニウム塩としては、硫酸塩の使用が好ましいが、
例えば、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニ
ウムなどの混合硫酸塩を使用しても良い。
普通は、上記アルミニウム塩の混合物も使用し得る。ま
た例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸カ
リウム等の添加による過剰の硫酸塩イオンの存在下でも
本発明の実施は可能である。
硫酸塩と異る塩から生じるAl3+量が、投入されたア
ルミニウムの全量に対して、約5乃至10重量%、一般
的に、20重量%以下である場合には、硫酸アルミニウ
ムと硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、過塩素酸ア
ルミニウム、酢酸アルミニウム、蟻酸アルミニウム等と
の各種混合物の使用をしても良い。
ジルコニウム化合物としては、反応条件下に可溶性のも
のであれば、任意の化合物を使用して差支えなく、例え
ば、ZrOCl2その硫酸塩、硝酸塩等を挙げることが
出来、好ましくは、ZrOCl2又はその硫酸塩を使用
する。
使用する硫酸塩としては、沈澱物の再溶解の目的でH2
soI+の使用を行っていない場合で、pH値3以下の
酸性化出発溶液を使用して本発明を実施する時は、Na
2SO4、(NH4) 2 Sou、K2 So 4又
は複合硫酸塩等を挙げる。
反応剤の添加順位は、最終生成混合酸化物の形態的、粒
子的時゛沈に何等影響を与えるものではない。
ジルコニウム塩の添加によって加熱処理によっては溶解
しない繊維状沈澱物が生成するのを回避する目的で、A
l3+塩、尿素、高分子電解質を含有する出発溶液をp
H(3に酸性化し、その後、前記Sou量を添加すると
いう上述方法の採用が好ましい。他の方法、つまり、前
酸化処理を行わない方法を行う場合には、繊維状沈澱物
をHCI、n2so4などの酸で処理して再溶解するよ
うにすると良い。
しかし、後者の場合だと、沈澱物の再溶解は出来ても、
仲々困難である。
本発明による水和混合酸化物はX−線粉末分析下で無定
形を呈する。本発明の無定形混合酸化物と同様の形態と
粒子分布をもつ結晶性混合酸化物は、本発明の水和混合
酸化物を、公知方法により熱処理に供することにより得
られよう。
我々の先きの特許出願(イタリー国特許出願1985年
第13142 A号)記載の特定の熱処理を行うことに
より、アルファ相アルミナも、無定形先駆物質と同一の
粒子、形態両特性を保持して得られる。
平均粒径(dw、dn)、形態、粒子両特性は、TEM
分析により決定する。dw、 dnの決定方法は、Jo
urnal  of  Pa1nt  Technol
ogy、  Vol 、 47.  Nα604.Ma
y1975、 E、 A、Co11ins、 J、 A
、 Davidson、 C,A、 Daniels共
著「粒度測定の通常方法に関する論考」中に記載されて
いる。
本発明の方法によれば高度の生産性、通常単位時間11
!当り約10g或はそれ以上の生産性が得られる。
本発明の方法により得られる複合酸化物は、非常に純粋
な生成物である。出来るだけ低温であることが望まれる
不純物の犬なるものは、本発明の目的である製造方法の
結果を得るために必要とする硫酸塩の使用により生じる
硫黄に起因している。
しかしこの不純物の除去に適した方法は幾つかある。特
に、硫黄の量は沈澱処理終了時の懸濁液の最終pH値に
著しく依存していることを我々は見出している。
5+    4+ 即ちAl、Zr  の溶液を温度約100℃で尿素の存
在下に加熱処理すると、徐々ではあるがpH値が、普通
は約1である出発値から約3乃至3.5の数値へと漸進
的に上昇していくのを認める。この段階で沈澱物が形成
されるが、この沈澱物はジルコニア含有アルミナ水和物
で出来ている。pH値は引続き4.5.5.5へと急速
な上昇を続け、その後は、pH上昇速度は著しく低くな
る。pH値約4で、Al3+、Zr1l+沈澱は完了し
たものと考えなくてはならず、従ってこの時点で、沈澱
物を例えば遠心分肉i或は濾過など、本目的に適当な技
術により、母液から分離すると良い。
Al3+、Zr1F+沈澱はpH値4で終了してはいる
ものの、懸濁液のpH値が高いと沈澱複合水酸化物中の
硫黄含有量に関して純度がそれだけ高くなることが見出
されているので、或は4以上のpH値に到達しようと思
う場合もあろう。
尿素の存在下に加熱時間を延長して1.pH値を更に上
げることは明らかに可能ではあるが、これと同一の効果
はアルカリを懸濁液に直接添加する事によって得ること
が出来る。事実、pH値4でAl3+、Zr11+沈澱
処理が終了した際に、アルカリを添加しても、この時点
では核形成が自由に行われる現象は生起せず、ただ懸濁
液のpH値が上昇するだけである。pH値が段々高くな
ると、粒子が凝集して球形性が失われる現象が生じるの
で、最終pH値は6以上であってはならない。
水酸化物中の硫黄分は、母液除去後、同水酸化物をp)
I値範囲8乃至9.5、温度範囲15℃乃至50℃でア
ルカリ溶液中に懸濁させて、更に低下することが出来る
NH4I[031乃至3重量%含有溶液は、アンモニア
溶液を、水和複合酸化物の懸濁液pH値を選択pH値に
到達させるような量で同溶液に添加する場合に、その目
的に有利なアルカリ溶液である。
この処理後に得られる最終硫黄分は、1重量%以下の数
値となるが、硫黄含有量は、熱処理を行うことで、更に
、低下する。我々の発見した所では、相当する醒化物の
結晶相の先駆物質として使用する無定形水和複合酸化物
が、出来るだけ少量の硫黄分を含有するものである場合
には、硫黄分は殆んど全量除去し得る。
実  施  例 本発明の限定の意味でなく説明のために、以下に実施例
を数例掲げる。
実施例1 分子量300万乃至400万、PVSAK滴定測定滴定
測定性イオン性4リ当量/g(meq/f)の市販高分
子電解質Ecoclar 80’l 7を0.6fj、
攪拌下、H2O330rnI!中に溶解する。
次に、Al2 (SO4)3・18H20200F/、
ff (0,6モル/ 1Al3+八濃H2so4 (
96%)13mA’、尿素96gを各々含有の溶液19
0mJを加え、最後に、ZrOCl2・6H20171
,73!f’/ l (0,6モル/ l )含有溶液
1゜rnlを加え、溶液の最終体積を約600m1とし
た。
上記溶液は、次いで、還流冷却器、温度計、pH値測定
用電極装備IE入りフラスコ中に流し入れ、攪拌せずに
100℃に昇温する。
135分程するとpH値は1.3から5.5に上昇。
pH値が約3.4となった所で乳白色となるが、その濃
度はpH値の上昇と共に急速に高くなった。
濾過して得た沈澱物は、洗浄し、120℃で数時間乾燥
する。アルミニウムとジルコニウムの水和混合酸化物1
2.59を得た。TEM分析によると、この化合物は平
均粒径0,3μmに等しい、球状、均一、近単分散粒子
(aw/ dn = 1.19 )より本質的に成るも
のであった。同化合物の標本写真を9700倍に拡大し
て、第1図に示した。
X−線粉末スベクトルにより、同試料は無定形であるこ
とが証明された。
本実施例条件では、[SO+42]/[Zr1I+]=
67.5、ZrO2は、最終生成物の11.30重量%
(呼称値)であった。
比較例1 96%H2SOキ13M1尿素96g含有溶液330m
1.  ZrOCl2・6H20171,73f/ l
 (0,6モル//Zr)含有溶液10rttlをAl
2 (S04)318H20200,li’/l(0,
6モル/IAL  )含有溶液190−に加え、攪拌せ
ずに100℃昏こ昇温する。この温度でのpH値は1.
4であった。
85分加熱後、pH値約3.7で、白濁が見られ、濃度
は急速に上昇した。120分加熱すると、pH値は5.
6となり、得られた沈澱物を濾過、洗浄、120℃で数
時間乾燥した。
X−線分析によると、粒径が異り、塊状に集積し、明確
な形態特性の欠如した粒子から成る生成物12.35’
を得た(第2図、97oo倍に拡大図)。
特に、球状粒子の存在は認められなかった。
実施例2 Ecoclar 8017 0.3 fをH2O33m
1中に攪拌下に溶解する。Al2(SO4)3・18H
20200F/J、尿素969含有溶液200m1を加
え、溶液を100℃に、無攪拌下に加温し、pH値5.
5を得る。沈澱物のTEM分析により、平均粒径0.5
μm、  dw/dn = 1.28の球状粒子から本
質的に成るものであることが判った。
尚、得られた生成物についてのTEM写真を第3図に示
す(9700倍に拡大写真)。
実施例3 Al2(SO4)3・18H20200!/l、 96
%H2SO418rnf尿素96p各々含有溶液180
 rnt 、 Zr0C1266H20171,73/
l!含有溶液20m1を、攪拌下、Ecoclar 8
017 0.69を溶解したH2O330m1に加える
。溶液を、実施例1に記述の装置を使用して、100℃
に加熱する。
始点でのpH値は1.6であり、80分後には3.3に
達した。この時点での外観は、僅かに乳白色をしていた
が、溶液の酸性度が減少するにつれ、その濃度は急速に
増大して行った。約135分すると、pH値は5.5と
なり、生成した沈澱物を濾過、洗浄、オーブン中で12
0℃で乾燥をした。
生成物13,60gを得たが、X−線分析をすると、無
定形であることが判明し、TEM分析により、粒子分散
幅の狭い、平均粒径的0.25μmの球状均一粒子より
本質的に成るものであることが判った。
本例に報告の条件下、C3O42:]/CZr”) =
 40.5、ZrO2は呼称値21.20重量%であっ
た。
9700倍に拡大した試料写真を第4図に示す。
比較例2 Al2 (SO+4)3・18H20溶液を(NH4)
2・so421.14 y/l含有溶液180m1に換
え、比率:全[SO42−、:l/CZr4+〕を変更
せず、pH値を100℃85分間加熱して2.0より5
.5とした以外は、全条件を無変更とした実施例3の比
較試験を行った。pH値3.2で沈澱物の生成を認める
が、これを濾過、洗浄、120℃で乾燥する。
水利ジルコニウム酸化物2.45gを得るが、その写真
を9700倍の拡大率で第5図に示した。形態学の観点
より見る時、実施例3のものとは非常に違った塊状集積
非球状粒子の存在が認められた。
実施例4 Ecoclar 80170.3 g(0,5g/ l
 )を使用した点だけが異なる実施例3記載の試験を繰
り返し行った。TEM分析により、生成物は依然として
、実施例3の場合(約0.4μm)より幾分大きな粒径
をもち同実施例の場合より少し塊状に集積した球状粒子
より成るものであることが判った。
実施例5 Ecoclar 80171.29 (29/ l )
使用して実施例3記載の試験を繰り返して行った。TE
M試験で、得られた生成物は、その9700倍拡大写真
を第6図に示しである通り、幾分塊状集積をし、粒子分
布の狭い、平均粒径0.2μmの均一球状粒子より成る
ものであることが判った。
実施例6 尿素使用量を96gを二代えて、48gとした点を除い
ては、他の条件を全て同様とした実施例3の試験を繰り
返した。この場合には、100℃加熱によるpH上昇は
、ずっと緩慢であったた゛め、200分を経過した後、
始めてpH値が1.6を越えた。反応を6時間以上継続
してpH値を5.5として、実施例3の場合と同一特性
をもった水和混合酸化物を得た。
実施例7 Zr (SO4)2・H2O0,6モル/、eを、Zr
0C12・6 H2Oに代えて含有する溶液20rnl
、全(8042−’)対〔Zr11+〕比= 43.3
を使用して、実施例3に記載する試験を繰り返した。
120℃乾燥後に得た沈澱物(ICi’)は、形態学的
観点からも、或は粒度分析上の観点からも、実施例3の
試験生成物に対比して、実質的差異を示さなかった。
実施例8 Al2(Soヰ)3・18H202009/l、尿素9
6g1(NH4)2 SO+442.829含有溶液1
80m1!を攪拌下、Ecoclar 8017 0.
.6 gを溶解したH2O300rnl中に溶解する。
溶液pH値は3.5であったのをH2SO40,5ml
!により2.8とし、ZrOCl2・6H20171,
73!/l含有溶液20rnlを加え、体積を、H2O
により600m1とする。本条件下で、全〔5olI2
−〕/〔Zr4+〕比は40.1であった。
実施例1中に述べた装置中で100℃に加熱して、pH
値を55分で2.63から5.5へと上昇させた。得ら
れた沈澱物は、TEM分析によると、実施例3の試験で
得られたものとの対比で、同沈澱物を形成している粒子
の形態、粒度分析の点で、実質的な差異を呈しなかった
実施例9 毎分回転速度260回転の回転羽根攪拌器を前記装置に
付加した以外は、実施例5記述の操作条件に準じて試験
を行った。得られた沈澱物のTEM分析により、同法澱
物形成粒子の形態、粒子分布も共に何等の影響をも受け
ていないことが判った。
実施例10 Ecoclar8017 0.6gを攪拌下にH2O2
0Ornl中に溶解、Al 2 (SOll)3・18
H20200f/l含有溶液170m1.尿素96p、
96%H2SO1+23.5 mll金含有溶液176
 rnl!、 ZrOCl2・6H20171,73!
 / l含有溶液30m1を加える。
100℃に加熱して、pH値を170分で1.8から5
.5に変え、濾過、洗浄、120℃乾燥後に得られる沈
澱物は、TEM分析下に、上記実施例と同様の特性をも
った粒子から成るものであることが判った。
上記条件下で、ZrO2は29.3重量%であり、1:
:5O42−]/(:Zr4町比は31.6に等しかっ
た。
X−線粉末スベクトルにより生成物は無定形であること
が証明された。
実施例11 96%H2SO423,5mlに代え2.5 rnlを
使用して、実施例10記載の試験を繰り返した。
本試験条件下で全〔SOO20)/[Zr””)比は1
1とした。
得られた生成物をTEM分析、同生成物は多分散、塊状
集積、形態学的に不均一系粒子から成ることを知る。い
づれにせよ、球状粒子の存在は認められなかった。
実施例12 Ecoclar 8017 1,29をH2O350m
l中に溶解、尿素967196%H2SO427cc、
 Al2 (SO4)3 ・18 I(20200!/
l含有溶液160m1. ZrOCl2・6H20、A
71.73 ! /l含有溶液40m1!を加える。
既述方法に準じて行った試験の終了時に、平均粒径0,
2μmの球状粒子より成る沈澱物14.589が得られ
た。
同試料の無定形なることはX−線粉末スベクトルにより
証明された。
本試験条件下でのZrO2濃度は37.7重量%(呼称
値)であり、全[5olI2 ]/[Zr4+−]比は
26.25であった。
実施例工3 全〔5O112−〕/〔Zr4+〕モル比を40とし、
本数値に到達すべく (NH4)2SO11を使用して
、実施例10を反復実施した。
取得生成物は、実施例10の場合と同一の形態的、粒子
上の特性を示した。
実施例14 96%H2SO418ml、尿素969.0.3 M 
Al2(SO4)3・1820溶液140 rnl、 
0.6 M ZrOCl2・6H20溶液60rnlを
H2O330rnl中に溶解させたEcoclar 8
0170.6gに加える。
本条件下では、ZrO2の呼称濃度値は50−89重量
%であり、全(SO42’:I/[Zr”3モル比は1
2.5である。
100℃、115分加熱後に試験を終了する(pH値5
.5)。生成沈澱物(14,9p)を乾燥後TEM分析
を行い、非常に不規則な形態の粒子から成るものである
ことが判明した。いづれにせよ、同粒子は球状ではなく
、一部塊状に集積していた。
本試料を9700倍に拡大した写真を第7図に示した。
実施例15 実施例3で取得の生成物を900℃で60分間加熱処理
する。得られた生成物をTEM分析、粒子は球状状態を
保持して変わらず、塊状集積物の存在は見られなかった
実施例1の場合に比べて、形態は維持されて変化なく、
粒径は10%方低下していた。X−線粉末スベクトルに
よると、ガンマ、デルタ両Al 20う・ZrCO2が
正方晶系結晶相中に存在していることが証明された。
実施例16 加熱処理を700℃3時間として、実施例15を反復実
施した。250℃/ h rの加熱勾配線図を使用する
。実施例3の場合と対比して、粒子は球状を保持、粒径
は5%減少していた。集塊物の存在は認められず、粒子
分布は、実施例15に比べて不変であった。
上記処理試料のX−線粉末スベクトルは、ZrCO2が
正方晶系相に、Al2Oうがガンマ相にあることを示し
ていた。
実施例17 試料を直接オーブン中に、室温から加熱処理層へ導入し
た唯一の点を除いて、加熱処理を常時同一温度で同一時
間行うことにより、実施例16を反復した。
その結果は、実施例16の場合と同様であった。
実施例18 実施例15の処理後取得の生成物を15分間1140℃
で熱処理する。実施例17で使用の加熱勾配線図を使用
する。生成物は、実施例15の場合と同−の形態特性を
維持した。この生成物は、X−線分析を行うと、デルタ
、テーク、両Al2O5と正方晶系結晶相のZrO2の
混合物から成るものであることが判明した。
得られた結晶性混合酸化物としての収率は、実施例3で
取得の無定形先駆物質に対して、理論値(98%)であ
った。
X−線スペクトルから引出したt、ZrO2結晶子の平
均粒径は245大であった。
実施例19 実施例1で得た生成物を、実施例15で詳述したと同一
の熱処理に供した。粒子の形態と粒度分布は実施例工の
場合と同様であった。粒径は約8%減少していた。同試
料のTEM撮影9700倍拡大写真を第8図に示す。
X−線粉末分析は、Al2O3については、実施例15
と同一の結晶相の存在を示し、ZrO2は正方晶系相で
存在していることを示した。
実施例20 実施例工っで得た生成物を1250℃で30分間加熱処
理する。X−線分析により、Al2O3のアルファ相で
の存在とZrO2の正方晶系相での存在が示された。
X−線スペクトルから引出したt、ZrO2結晶子の平
均粒径は365Xであった。
得られた結晶性複合酸化物の収率は、実施例1で得た無
定形先駆物質に対して、はぼ理論値通りであった。
実施例21 平均分子量400万乃至500万、イオン性4.99m
eq15’の陽イオン高分子電解質Ecoclar 8
337を0.6g使用して実施例1を反復する。
沈澱混合酸化物は、実施例1の場合と同様の特性を有し
ていた。
実施例22 平均分子量400万、イオン性4.24 meq/!V
の陽イオン高分子電解質Praestol 444 K
 0.6 ’iを使用して、実施例21を繰り返す。
沈澱混合酸化物は、実施例1の場合と同様の特性を有し
ていた。
実施例23 平均分子量300万、イオン性3.97 meq/gの
陽イオン高分子電解質Praestol 334 K 
O,6ダ使用で実施例21を反復する。
得られた複合酸化物は、実施例1の場合同様の特性をも
つものであった。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1により入手した生成!P/I(アルミ
ナ−ジルコニア水和混合酸化物)のTEM写真(970
0倍)である。 第2図は比較例1により人手した生成物の同写真である
。 第3図は実施例2により入手した生成物の同写真である
。 第4図は実施例3により入手した生成物の同写真である
。 第5図は比較例2により入手した生成物(水和ジルコニ
ウム酸化物)の同写真である。 第6図は実施例5により人手した生成物の同写真である
。 第7図は実施例14により人手した生成物の同写真であ
る。 第8図は実施例19による試料の同写真である。 特許出願人  モンテヂソン・ニス・ビイ・エイ第 I
 図 1と。 1−スー臥 2方 1ノ梱 第′ 5 図 11′!−〇 王 β−回 葛 了 ■ l fI、= 1−1釜、興 11、− 手続補正書(方式)  5、 昭和61年9月17日 6゜ 特許庁長官 黒 1)明 雄 殿 1、事件の表示 昭和61年特許願第128279号     7゜2゜
発明の名称 アルミナ−ジルコニア混合酸化物及び その製造方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 イタリー国、ミラン、フオロ・ボナパルテ、31
番名称 モンテヂソン・ニス・ビイ・エイ住所 東京都
大田区南千束2丁目8の11補正命令の日付 昭和61年8月6日(発送日: 61.8.26 )補
正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 及び図面 補正の内容 図面の簡単な説明を別紙の通り補正する。 図面を別紙(図面に代る写真)のごとく補正する。 願書に最初に添付した図面の浄書(内容に変更なし)。 (別紙) 4、図面の簡単な説明 添付図面は本発明による生成物の粒子構造を示すTEM
写真(9700培)である。 第1図は実施例1により人手した生成物(アルミナ−ジ
ルコニア水和混合酸化物)Oこ関わるものである。 第2図は比較例1により入手した生成物に関わるもので
ある。 第3図は実施例2により人手した生成物に関わるもので
ある。 第4図は実施例3により入手した生成物に関わるもので
ある。 第5図は比較例2により入手した生成物(水和ジルコニ
ウム酸化物)(こ関わるものである。 第6図は実施例5により人手した生成物に関わるもので
ある。 第7図は実施例14により入手した生成物に関わるもの
である。 @8図は実施例19による生成物に関わるものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)平均粒径0.1乃至約1μm、dwを重量平均粒径
    としdnを数平均粒径とする場合、多分散指数dw/d
    nは2.0に等しいか或は2.0以下で、ジルコニアが
    アルミナ中に均一に分布する球状、サブミクロン級、非
    集塊性粒子から本質的になるアルミナ−ジルコニア無定
    形混合酸化物で、ジルコニア分は当該無定形混合酸化物
    を加熱処理しジルコニアを正方晶系相に転化後、最大量
    38重量%であり、又室温下で正方晶系相に安定化して
    いることを特徴とするアルミナ−ジルコニア無定形混合
    酸化物。 2)dw/dn値が1.30に等しいか或はそれ以下、
    粒子の数平均粒径範囲は0.2乃至0.5μmである特
    許請求の範囲第1項記載のアルミナ−ジルコニア無定形
    混合酸化物。 3)dw/dn値が1.20に等しいか或はそれ以下、
    粒子の平均粒径範囲が0.3乃至0.4μmである特許
    請求の範囲第2項記載のアルミナ−ジルコニア無定形混
    合酸化物。 4)無定形水和混合酸化物を熱処理して得られ、ジルコ
    ニアは正方晶系結晶形で安定化し、アルミナはガンマ及
    び(又は)アルファ結晶相及び(又は)異なる相をとり
    、ガンマとアルファ相の間で単独で又は組合つてあり、
    粒子分布幅が狭く、粒径は無定形水和混合酸化物に比し
    10乃至15%小さい球状粒子より本質的になる特許請
    求の範囲第1項記載の混合酸化物。 5)アルミナ中に分布するジルコニアの百分率が25重
    量%か或はそれ以下である特許請求の範囲第4項記載の
    混合酸化物。 6)ジルコニア分が11重量%か或はそれ以下である特
    許請求の範囲第5項記載の混合酸化物。 7)系中に存在する全Alの少なくとも80重量%が硫
    酸アルミニウムから生ずるものであり、Al^3^+濃
    度は0.3モル/l以下のアルミニウム塩と、Zr^4
    ^+濃度は1000℃、2時間蝦焼処理した生成物のA
    l_2O_3、ZrO_2重量について計算したZrO
    _2として多くとも38重量%のものであり、反応条件
    下に可溶なジルコニウム塩から成る水溶液から出発し、
    平均分子量100万以上、イオン性少くとも3ミリ当量
    /g(meq/g)以上の、反応条件下に可溶の陽イオ
    ン高分子電解質の存在下に沈澱処理を、OH^−イオン
    放出可能物質の存在下で均一系沈澱が得られるような条
    件下で行い、更に出発溶液を室温下で調製処理中に生じ
    る沈澱物の再溶解を行う量の硫酸の存在下で行う平均粒
    径0.1乃至約1μm、dwを重量平均粒径としdnを
    数平均粒径とする場合、多分散指数dw/dnは2.0
    に等しいか或は2.0以下で、ジルコニアがアルミナ中
    に均一に分布する球状、サブミクロン級、非集塊性粒子
    から本質的になるアルミナ−ジルコニア無定形混合酸化
    物で、ジルコニア分は当該無定形混合酸化物を加熱処理
    しジルコニアを正方晶系相に転化後、最大量38重量%
    であり、又室温下で正方晶系相に安定化していることを
    特徴とするアルミナ−ジルコニア無定形混合酸化物の製
    造方法。 8)Al^3^+濃度が0.2モル/lである特許請求
    の範囲第7項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物の
    製造方法。 9)アルミニウム塩、高分子電解質、反応条件下OH^
    −イオン放出可能物質の出発溶液をpH3以下に酸性化
    し、次いでジルコニウム塩を添加し、硫酸塩を特許請求
    の範囲第7項の硫酸と等分子量加える特許請求の範囲第
    7項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物の製造方法
    。 10)陽イオン高分子電解質のイオン性が3.5meq
    /g以上であり、平均分子量が300万である特許請求
    の範囲第7項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物の
    製造方法。 11)陽イオン高分子電解質を、溶液中の出発アルミニ
    ウムに相当する理論的アルミナ値に対して、3.3重量
    %或はそれ以上の量で使用する特許請求の範囲第7項記
    載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物の製造方法。 12)陽イオン高分子電解質を10重量%或はそれ以上
    の量で使用する特許請求の範囲第11項記載のアルミナ
    −ジルコニア混合酸化物の製造方法。 13)陽イオン高分子電解質が一般式: ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R_1、R_2、R_3、Tは相互に等しいか
    異なるもので、水素、炭素原子数1乃至4の炭化水素基
    より成る群から選択される; Z、Y=−CH_3、H; x=陰イオン; n=整数〕 の置換アクリルアミドに基づく反復単位から成る特許請
    求の範囲第7項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物
    の製造方法。 14)Y、Z、R_3がHであり、R_1、R_2は相
    互に等しいか或は異なるもので、H、−CH_3、−C
    _2H_5から成る群より選択される特許請求の範囲第
    13項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物の製造方
    法。 15)陽イオン高分子電解質が、一般式: ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R_4、R_5、R_6は前記R_1と同様の
    意味をもち、Y_1はYと同様の意味、mはnと同様の
    意味をもつ〕 のビニルアミンに基づく反復単位から成る特許請求の範
    囲第7項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物の製造
    方法。 16)R_4がH、R_5、R_6は相互に同じか異な
    り、H、−CH_3、−C_2H_5中より選択される
    特許請求の範囲第15項記載のアルミナ−ジルコニア混
    合酸化物の製造方法。 17)高分子電解質が、イオン単位の他に、一般式: ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、m、Y_2は各々Y、nと同一の意味を有し、
    イオン、中性各単位は重合体鎖沿いに統計的な分布をし
    ている〕 の非置換アクリルアミドの中性単位からも成る特許請求
    の範囲第13項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化物
    の製造方法。 18)陽イオン高分子電解質が上記正電荷単位と重合体
    鎖沿いに統計的分布をしているアクリルアミドのものと
    は異なる中性単位から成る共重合体で構成される特許請
    求の範囲第13項記載のアルミナ−ジルコニア混合酸化
    物の製造方法。 19)均一系沈澱を尿素又はフォルムアミドの存在下で
    行う特許請求の範囲第7項記載のアルミナ−ジルコニア
    水和混合酸化物の製造方法。 20)反応温度範囲を90℃乃至100℃とする特許請
    求の範囲第19項記載のアルミナ−ジルコニア水和混合
    酸化物の製造方法。
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