KR100726113B1 - 나노다공성 극미세 알파-알루미나 분말 및 이의 동결 건조제조방법 - Google Patents

나노다공성 극미세 알파-알루미나 분말 및 이의 동결 건조제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 또한, 본 발명은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 제공하고, 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말을 포함하는 슬러리, 특히 수성 슬러리를 제공한다. 본 발명은 나노다공성 α-알루미나 분말 및 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말의 제조방법 및 본 발명의 슬러리를 사용하여 연마하는 방법을 추가로 제공한다.
나노크기, 나노다공성, α-알루미나 입자, 알루미나 겔, CMP, 연마, 슬러리

Description

나노다공성 극미세 알파-알루미나 분말 및 이의 동결 건조 제조방법{Nanoporous ultrafine alpha-alumina powders and freeze drying process of preparing the same}
본 발명은 나노크기의 α-알루미나 입자, 나노다공성 α-알루미나 겔 및 이의 제조방법, 보다 구체적으로는 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 나노크기의 α-알루미나 입자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 α-알루미나 입자를 포함하는 화학적 기계적 연마(CMP) 조성물 및 이를 사용한 CMP 연마방법에 관한 것이다.
극미세 알루미나(산화알루미늄) 분말은 각종 산업분야에서 가장 널리 사용되는 세라믹 물질들 중의 하나이다. 미세 알루미나 분말의 용도에는, 반도체 및 정밀 광학 부품의 연마를 위한 연마재, 자동차 촉매 변환기 속의 지지체 구조물을 포함하는 촉매 지지체, 중합체용 충전재, 도장용 안료 등이 포함된다. 알루미나는 12가지 상이한 결정상을 갖고, 이들의 격자 구조 및 물리적 특성은 각각 상이하다. 그러나, 가장 널리 알려지고 통상적으로 사용되는 알루미나 분말은 γ-알루미나 및 α-알루미나이다. 저온 상, γ-알루미나는 열역학적으로 준안정성이여서, 각종 조건에 따라, 약 1100℃ 또는 약 1200℃를 초과하는 온도에서 열역학적으로 안정적인 상인 α-알루미나로 전이된다. 불완전한 스피넬 구조를 갖는 γ-알루미나 분말은 입자 크기가, 예를 들면, 약 20nm로 매우 작고, 표면적이, 예를 들면, 약 300㎡/g를 초과하여 상당히 크다. 또한, γ-알루미나는 기상 및 액상 가공 기술 둘 다를 사용하여 가공할 수 있다. 평균 입자 크기가 40nm 미만인 극미세 γ-알루미나 및 γ-알루미나를 함유한 연마 슬러리가 시판중이다.
α-알루미나의 밀도는 γ-알루미나의 밀도보다 약 20% 크고, γ-알루미나보다 화학 및 기계적 내구성이 크다. 따라서, 나노크기의 α-알루미나 입자가 나노크기의 γ-알루미나보다 광범위한 용도에서 적합하다. 그러나, 상 전이 동안, 결정 격자 속의 산소의 재구성으로 인하여, 알루미나 입자 크기가 급격하게 증가하여, γ-알루미나로부터 제조된 α-알루미나의 입자 크기가 일반적으로 100nm 초과로 커진다.
나노크기의 α-알루미나, 예를 들면, 약 100nm 미만의 α-알루미나 입자를 제조하는 것이 장기간에 걸쳐 개발되어 왔다. 그레인이 급속하게 성장하는 것으로부터 입자를 보호하는 것이 핵심이다. 평균 입자 크기가 100nm를 초과하는 미세 α-알루미나 분말은 씨딩(seeding) 졸-겔 법을 통해 제조할 수 있다. 당해 방법에서, 우선 뵈마이트(boehmite)를 질산 또는 아세트산을 함유하는 산성 수용액에 팹티사이즈(peptization)시키고, 2개의 α-알루미나 씨드, 일반적으로 미세 α-알루미나 입자를 팹티사이즈 동안 당해 산성 용액에 가하여 저온에서 상 전이가 발생하게 한다. 당해 졸을 약 100℃의 오븐에서 건조시켜 무수 겔로 전환시킨다. 마이크로크기의 미립자로 분쇄시킨 후에, 고온, 일반적으로 약 1000℃에서 가열하여 α-알루미나 입자를 제조한다. 입자 성장을 방지하기 위해, 온도는 양호하게 제어되어야 한다. 그러나, 당해 공정에서, 마이크로크기의 그레인는 상 전이 공정 동안 그대로 남아 있어, 전이가 완결된 후에, 기계적으로 강한 경성 α-알루미나 미립자가 생성된다. 나노크기의 알루미나 입자를 제조하기 위해서, 그레인을 평균 입자 크기가 통상적으로 100nm을 초과하는 1차 입자로 분쇄 또는 파쇄하기 위해 높은 기계적 에너지가 필요하다. 또한, 분쇄 공정은 종종 높은 수준의 불순물 오염으로 귀결된다.
미국 특허공보 제5,312,791호는 알루미나 그레인 및 섬유를 제조하기 위한 변형된 방법에 관한 것이다. 출발 물질은 뵈마이트이며, 당해 출발 물질은 팹티사이즈되고, 물에 분산되어 알루미나 졸을 생성시킨다. 졸은 액체 질소 속에서 급속 냉각되거나, 동결 건조에 의해 천천히 냉각된다. 물을 진공하에서 졸로부터 승화시키켜, 두께 1 및 3㎛의 플레이크로 이루어진 겔을 제조한다. 당해 특허공보에 기재된 공정에 의해, 더욱 미세하고, 마이크로 크기로 크기가 가장 작은 알루미나 분말, 플레이크, 섬유 및 그레인을 제조할 수 있다. 그러나, 분말 자체에 다공성이 없기 때문에, 분쇄시켜 더욱 작은 입자를 제조하는 데에는 높은 기계적 에너지가 요구되며, 이들 입자는 α-알루미나 생성물 속에 불순물을 상당량 유입시킨다.
이들 결함 및 선행기술에서 관찰된 다른 결합들로 인하여, 더욱 작고 더욱 균질하며 더욱 순수한 α-알루미나 분말 및 이의 제조방법의 개발이 상당히 요구되고 있다.
[발명의 요약]
본 발명은 안정한 나노다공성 α-알루미나 분말 및 나노크기의 α-알루미나 분말의 제조 기술을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 알루미나 분말을 포함하고, 현탁액 안정성을 위한 화학적 첨가제를 포함하지 않거나 미량 포함하는 슬러리를 제공한다. 본 발명의 슬러리는 이산화규소(SiO2) 위의 높은 물질 제거 속도를 제공하고, 양호한 표면 처리를 추가로 제공한다. 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말의 제조방법은 알루미나 전구체의 수용액에 나노크기의 α-알루미나 씨드 입자를 씨딩시키는 단계, 수용성 중합체를 가하여 유기/무기 졸을 형성하는 단계, 졸을 동결 건조하는 단계 및 건조된 겔을 가열하여 나노다공성 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말은 나노다공성 α-알루미나 분말을 분쇄 또는 파쇄하여 제조한다.
본 발명은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이(interpenetrated array)를 갖는 상호 연결(interconnected) α-알루미나 1차 입자들을 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 본원에서 사용하는 바와 같이, "나노다공성 α-알루미나 분말"은 응집된 다공성 α-알루미나 입자들, 예를 들면, 2차 다결정질 알루미나 입자들로 이루어진 α-알루미나 분말이 포함되는 것을 의미하며, 여기서 각각의 다공성 입자는 평균 입자 크기가 100nm 미만이고 다수의 공극 또는 세공을 갖는 다수의 상호 연결 1차 입자들을 포함한다. 나노다공성 α-알루미나 입자의 크기는 특별하게 한정되지 않는다. 통상적으로, 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말은 다결정질 응집된 입자들의 크기 분포가 500nm 내지 약 100㎛로 광범위하다.
본 발명은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말과 이들을 포함하는 슬러리를 추가로 제공한다. 통상적으로, 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말은 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말을 밀링, 분쇄 또는 파쇄하여 다공성 α-알루미나 입자의 1차 α-알루미나 입자를 유리시킴으로써 제조한다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "나노크기의 α-알루미나 분말"은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자로 이루어진 α-알루미나 분말에 관한 것이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말의 α-알루미나 입자는 사실상 모두 약 100nm 미만이다.
본 발명은
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계 및
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계를 포함하는, 나노다공성 α-알루미나 분말의 제조방법을 추가로 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은
평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공하는 단계 및
나노다공성 α-알루미나 분말을 파쇄하여 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함하는, 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 α-알루미나 분말 및 슬러리를 연마재로서 사용함을 포함하는 연마방법을 추가로 제공한다.
당해 연마방법은
평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 포함하는 슬러리를 제공하는 단계 및
슬러리를 기판과 연마 패드 사이의 계면에 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면 및 양태를 아래에 기술한다.
도 1은 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말의 주사 전자 현미경 사진이 다.
도 2는 도 1의 나노다공성 α-알루미나 분말의 또 다른 주사 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말을 밀링하여 제조한 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 입자의 현미경 사진이다.
본 발명에 의해 제공된 α-알루미나 분말 및 이를 포함하는 슬러리는, 예를 들면, 연마, CMP, 촉매 지지체 물질 등을 포함하는 각종 분야에서 사용하기에 적합하다. 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말이 촉매 지지체 물질, 절연 물질, 여과 매질로서 사용하고, 세공 또는 공극의 크기가 nm 범위인 물질이 필요한 다른 용도에 사용하기에 특히 적합하다. 나노크기의 α-알루미나 분말 및 슬러리가 연마 및 CMP용으로 특히 적합한데, 그 이유는 본 발명의 α-알루미나 입자는 이례적인 경도를 갖고 있으며 평균 입자 크기가 10 내지 약 100nm이기 때문이다. 또한, 본 발명의 α-알루미나 입자는 기판 결함을 최소화시키면서 높은 물질 제거 속도를 제공한다.
본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말은 사파이어, 스피넬, 규소, 코런덤, 및 코럼덤 구조를 갖는 다른 물질을 포함하는 각종 경성 물질의 연마에 적합하지만, 이로써 제한되지는 않는다. 또한, 나노크기의 α-알루미나 분말은 화학적 기계적 연마(CMP)용 화학적 첨가제 1종 이상과 배합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말을 사용하는 바람직한 CMP용 기판에는 1종 이상의 금속이 증착된 반도체 기판이 포함된다. 바람직한 금속에는, 이산화규소 기판 위에 증착된 백금, 팔라듐, 탄탈, 텅스텐, 구리, 은 및 금이 포함된다.
위에서 논의한 바와 같이, 본 발명은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 α-알루미나 1차 입자의 상호 연결 어레이로 이루어진 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 상호 연결 어레이의 1차 α-알루미나 입자의 평균 크기는 약 10 내지 100nm, 약 20 내지 90nm, 약 25 내지 80nm 또는 약 30 내지 70nm이다. 다른 바람직한 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말은 α-알루미나 1차 입자의 상호 연결 어레이를 포함하며, 여기서 99% 이상의 α-알루미나 1차 입자의 크기는 약 10nm의 분포 범위 내에 존재한다.
통상적으로, 상호 연결 α-알루미나 1차 입자는 네킹(necking)에 의해 연결된다. 즉, α-알루미나 1차 입자는 상 전이 동안 크기가 커져서 인접한 입자들 끼리 융합된다. 바람직한 양태에서, "넥(neck)", 즉 인접한 입자의 융합 면적은 α-알루미나 1차 입자의 단면적의 약 10 내지 약 90%이다.
나노다공성 α-알루미나 분말에 존재하는 다공성 α-알루미나 입자들의 세공 또는 공극의 크기 및 형태는 특별하게 한정되지 않는다. 촉매 지지체 등과 같은 특정한 바람직한 양태에서, 1종 이상의 반응물 또는 생성물이 다공성 입자에 출입할 수 있을 정도로 세공 또는 공극이 큰 것이 바람직할 수 있다. 나노다공성 α-알루미나 분말을 용이하게 밀링 또는 분쇄할 수 있는 임의의 세공 또는 공극 크기가 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말의 제조에 적합하다. 바람직한 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말은 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 20 내지 약 400nm인 다공성 입자들을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 세공 또는 공극의 최소 크기는 약 50 내지 약 300nm이다. 특히 바람직하게는 세공 또는 공극의 최소 크기는 약 100 내지 약 200nm이다.
α-알루미나인 나노다공성 α-알루미나 분말의 용적%는 용도에 따라 가변적일 수 있다. 일반적으로, α-알루미나 1차 입자는 나노다공성 α-알루미나 분말의 1 내지 약 75용적%을 차지한다. 더욱 바람직하게는, α-알루미나 1차 입자는 나노다공성 α-알루미나 분말의 약 10 내지 약 75% 또는 약 10 내지 약 50용적%를 차지한다.
나노다공성 α-알루미나 입자 중의 공극 또는 세공의 구조 및 배열은 특별하게 한정되지 않는다. 이론에 한정시키려는 의도가 없지만, 공극 또는 세공의 구조, 크기 및 배열은 통상적으로 수용성 유기 중합체의 크기 및 물리적 특성의 함수이다. 특정한 바람직한 양태에서, 세공 또는 공극의 내부침투 어레이는 컬럼형 또는 튜브형 구조이다. 더욱 바람직하게는, 컬럼형 또는 튜브형 구조의 직경은 약 20 내지 약 250nm 또는 약 50 내지 약 150nm이다.
본 발명은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말 및 이를 포함하는 슬러리를 추가로 제공한다. 통상적으로, 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말은 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말을 밀링, 분쇄 또는 파쇄하여 다공성 α-알루미나 입자의 1차 α-알루미나 입자를 유리시킴으로써 제조한다. 더욱 바람직하게는, 상호 연결 어레이의 1차 α-알루미나 입자의 평균 크기는 약 10 내지 100nm, 약 20 내지 90nm, 약 25 내지 80nm 또는 약 30 내지 70nm이다. 다른 바람직한 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말은 α-알루미나 1차 입자의 상호 연결 어레이를 포함하며, 99% 이상의 α-알루미나 1차 입자의 크기가 약 10nm의 분포 범위 내에 존재한다.
바람직한 본 발명의 슬러리는 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말을 1종 이상 포함한다. 바람직한 나노크기의 α-알루미나 분말에는 위에서 기술한 임의의 나노크기의 α-알루미나 분말이 포함된다. 더욱 바람직한 슬러리에는, 나노크기의 α-알루미나 분말의 α-알루미나 입자가 수성 혼합물 속에 분산되어 있는 슬러리가 포함된다. 바람직한 수성 혼합물에는 물, 특히 탈이온수 또는 증류수, 1종 이상의 표면 활성제를 함유한 수용액, 유기산, 또는 다른 첨가제가 포함된다. 바람직한 첨가제는 저장 또는 연마 조건 하에 α-알루미나에 대해 화학적으로 불활성이다. 부가적으로, 바람직한 첨가제는 수성 혼합물 속에서 α-알루미나 입자가 응집되는 것을 억제할 수 있다. 수성 혼합물에 대해 특히 바람직한 첨가제에는 유기산, 예를 들면, 아세트산, 포름산, 락트산, 글리콜산, 시트르산, 옥살산, 및 탄소수 약 6 미만의 다른 카복실산이 포함된다.
다른 바람직한 본 발명의 슬러리는 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말을 1종 이상 포함한다. 즉, 본 발명의 슬러리는 단일 입자 크기를 갖는 α-알루미나, 또는 평균 입자 크기가 상이한 본 발명의 나노크기의 α-알루미나 분말(이들은, 혼합되는 경우, 배합되어 1모드, 2모드 또는 다중모드 입자 크기 분포를 형성한다) 2종 이상으로부터 이루어진, 2종류 이상의 입자 크기를 갖는 복합 혼합물을 포함할 수 있다. 통상적으로, 단일 평균 입자 크기 분포를 갖는 α-알루미나 입자를 포함하는 슬러리가 바람직하다.
본 발명의 수성 슬러리의 pH는 통상적으로 약 2 내지 약 11이다. 특정한 바람직한 용도에서, 산성 pH 또는 알칼리성 pH를 갖는 슬러리가 바람직하다. 따라서, 더욱 바람직한 본 발명의 수성 슬러리의 pH는 약 1 또는 2 내지 약 6 또는 약 8 내지 약 10.5이다.
본 발명의 슬러리는 연마 또는 CMP 공정에서 연마재, 금속 촉매용 지지체 등으로서 사용함을 포함하는 다양한 용도에 적합하다.
본 발명의 제조방법에서, α-알루미나가 형성될 수 있는 임의의 수용성 알루미늄 화합물은 α-알루미나 전구체로서 사용하기에 적합하다. 통상적으로 바람직한 출발 물질에는 뵈마이트 및 분자 알루미나 전구체가 포함된다. 뵈마이트의 공급원은 뵈마이트가 고순도 Al(O)OH를 제공하는 한 특별하게 한정되지 않으며, 천연 뵈마이트 또는 합성 뵈마이트 둘 다가 포함될 수 있다. 분자 알루미나 전구체는 무기 전구체(질산알루미늄, 염화알루미늄, 황산알루미늄 등) 또는 유기 전구체(알콕시화 알루미늄, 아세트산 알루미늄 등)일 수 있다. 뵈마이트는 본 발명의 방법에 특히 바람직한 출발 물질이다.
바람직한 양태에서,
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계 및
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계를 포함하는, 나노다공성 α-알루미나 분말의 제조방법이 제공된다.
일반적으로, 가열 동안 겔이 효과적으로 씨딩되도록, 씨드 입자가 겔 전체에 상당히 균질하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
분자 알루미늄 화합물을 α-알루미나 전구체로서 사용하는 본 발명의 방법을 위해, 임의의 수용성 유기 또는 무기 배위 착물, 또는 알루미늄 염이 본 발명의 방법에 사용하기에 적합할 수 있다. 통상적으로, 바람직한 분자 알루미나 전구체는 알콕사이드, 아릴 산화물, 카복실레이트, 할로겐화물, 황산염, 질산염, 옥살산염 및 아세토아세토네이트로부터 선택된 1종 이상의 음이온을 포함하는 알루미늄 염으로부터 선택된다. 특히 바람직한 분자 알루미나 전구체에는 알루미늄 알콕사이드, 카복실레이트, 할로겐화물 및 질산염이 포함된다.
본 발명의 방법에 의해 제공 또는 제조되는 바람직한 수용액은 물, 뵈마이트 및/또는 분자 알루미나 전구체 및 α-알루미나 씨드 입자를 포함한다. 분자 알루미나 전구체를 사용하는 경우, 수용액이 1종 이상의 산을 추가로 포함하는 것이 종종 바람직하다. 바람직한 산은 질산, 황산, 염산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 아세트산, 포름산, 프로피온산 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
바람직한 수용액에서, α-알루미나 씨드 입자의 평균 입자 크기는 약 125nm 미만, 더욱 바람직하게는 약 100nm 미만이다. 특히 바람직한 씨드 입자의 평균 입자 크기는 약 30 내지 약 100nm, 약 40 내지 약 80nm 또는 약 50 내지 약 70nm이다.
α-알루미나 씨드 입자를 물에 잘 분산시키고, 씨드 입자의 물 분산액에 알루미늄 화합물을 가한다. 물 분산액의 씨딩 효율을 증가시키는 것이 바람직하다. 따라서, 용액의 씨딩율을 증가시키기 위해서는 씨드의 농도가 비교적 높아야 하며, 예를 들면, 씨드로부터 유래된 α-알루미나 입자 생성물 중의 알루미늄 원자 대 분자 알루미나 전구체의 비는 통상적으로 약 1:3 내지 약 1:1000, 더욱 바람직하게는 약 1:6 내지 약 1:20이다. 바람직한 양태에서, 씨드 입자는 생성된 α-알루미나 분말 약 0.1 내지 약 25중량%를 포함한다. 특히 바람직한 양태에서, 씨드의 농도는 생성된 α-알루미나 약 1 내지 15중량% 또는 1 내지 10중량%이다.
이론에 한정시키려는 의도가 없지만, 알루미나 전구체 및 씨드의 수용액에 가해진 수용성 유기 중합체는 졸 속의 유기 물질의 도메인을 생성시키는 작용을 한다. 따라서, α-알루미나 씨드 입자, α-알루미나 전구체 및 수용성 유기 중합체를 포함하는 수성 혼합물로부터 형성된 유기-무기 졸은 침강된 알루미나 전구체와 씨드 입자로 이루어진 별도의 도메인과 용매화 유기 중합체의 도메인을 갖는다. 유기-무기 졸을 동결 건조시킨 결과, 알루미나 전구체와 씨드 입자의 도메인 및 유기 중합체의 도메인을 갖는 건조된 겔이 생성된다. 건조된 겔을 가열하면 유기 중합체가 열분해되어 공극이 생성되고 알루미나 전구체가 α-알루미나로 전환된다.
본 발명은, 알루미나의 상 전이 온도보다 낮은 온도에서 완전 연소하고 유기-무기 졸을 형성할 수 있는 임의의 수용성 유기 중합체를 사용할 수도 있다. 바람직한 수용성 유기 중합체는 폴리올, 슈가, 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리(메트)아크릴산, 폴리(메트)아크릴레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 특히 바람직한 수용성 유기 중합체에는 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물이 포함된다.
본 발명의 방법은, 유기-무기 졸을 급속 동결시키고, 물 및 다른 휘발성 물질을 감압하에 제거하는 동결 건조 단계를 포함한다. 통상적으로, 졸을 표면적이 넓은 용기 속에 넣어 급속 냉각시키고, 이를 주위 온도 0℃ 미만, 더욱 바람직하게는 -20℃, - 30℃ 또는 -40℃ 미만의 대기와 접촉시켜 급속 동결시킨다.
유기-무기 졸을 동결시킨 후에, 동결된 졸로부터 물을 승화시켜 유기-무기 졸을 건조시킨다. 건조 단계를 가속화시키기 위해, 일반적으로, 동결된 졸을 용기에 넣은 다음, 대기를 부분적으로 배출하여 감압시킨다. 통상적으로, 승화에 적합한 감압은 400Torr 이하, 200Torr 이하, 100Torr 이하 또는 50Torr 이하이다. 일반적으로, 압력이 낮을 수록 물의 승화 속도가 빨라진다. 본 발명에 제공된 바람직한 동결 건조 단계에서, 동결된 졸을 감압에 노출시킨 후 0 내지 약 100℃로 가열한다. 더욱 바람직하게는, 동결된 졸을 약 20 내지 약 80℃ 또는 약 40 내지 약 80℃로 가열한다. 일반적으로, 승화 속도는 승화 용기의 압력에 반비례하고 온도에 정비례한다.
본 발명은 전구체 겔을 약 1200℃ 미만에서 가열함을 포함하는, 나노다공성 α-알루미나 분말 및 나노크기의 α-알루미나 분말의 신규한 제조방법을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 가열 온도는 약 1000 내지 약 1200℃, 더욱 바람직하게는 약 1100℃ 미만이다. 더욱 바람직하게는, 분자 알루미나 전구체에 따라, 약 750 내지 약 1050℃, 더욱 바람직하게는 약 800 내지 약 1000℃에서 가열을 수행한다. 일반적으로, 가열은 주위 대기, 즉 공기 중에서 수행한다. 그러나, 특정한 환경에서는, 산소가 충만한 대기를 포함하는 다른 대기가 바람직할 수 있다.
본 발명의 바람직한 방법은 평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 α-알루미나 1차 입자의 상호 연결 어레이를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법은 상호 연결 어레이의 1차 α-알루미나 입자의 평균 크기가 약 10 내지 100nm, 약 20 내지 90nm, 약 25 내지 80nm 또는 약 30 내지 70nm인 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 본 발명의 다른 바람직한 방법은 99% 이상의 α-알루미나 1차 입자의 크기가 약 10nm의 분포 범위 내에 존재하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다.
본 발명의 바람직한 방법은 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 20 내지 약 400nm인 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법은 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 50 내지 약 300nm, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 200nm인 나노다공성 분말을 제공한다.
본 발명의 방법은 나노다공성 α-알루미나 분말의 총 용적을 기준으로 한 α-알루미나의 용적%가 용도에 따라 가변적일 수 있는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 일반적으로, 본 발명의 방법은 α-알루미나 1차 입자가 나노다공성 α-알루미나 분말의 1 내지 약 75용적%를 차지하는 분말을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법은 α-알루미나 1차 입자가 나노다공성 α-알루미나 분말의 약 10 내지 약 75용적% 또는 약 10 내지 약 50용적%를 차지하는(여기서, 나노다공성 α-알루미나 분말의 용적 = α-알루미나 1차 입자의 용적 + 공극 공간의 용적) 분말을 제공한다.
특히 바람직한 양태에서, 본 발명의 방법은 컬럼형 또는 튜브형 구조를 갖는 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 α-알루미나 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공한다. 바람직하게는, 컬럼형 또는 튜브형 세공의 직경은 약 20nm 내지 약 250nm, 더욱 바람직하게는 약 50nm 내지 약 150nm이다.
또한, 본 발명은
평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말을 제공하는 단계 및
나노다공성 α-알루미나 분말을 파쇄하여 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함하는, 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말의 제조방법을 제공한다.
1차 입자 크기가 100nm 미만인 임의의 나노다공성 α-알루미나 분말이 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합하지만, 바람직한 나노다공성 α-알루미나 분말은 본 발명의 방법에 따라 제조된다.
나노다공성 분말의 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말이 생성될 때까지, 본 발명의 나노다공성 α-알루미나 분말은 분쇄, 밀링 또는 파쇄된다. α-알루미나 1차 입자의 상호 연결 어레이를 파쇄시키는 임의의 수단은 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합하며, 기계적 수단 및 초음파 수단이 포함될 수 있다. 기계적 파쇄 수단이 통상적으로 바람직하다. 본 발명의 더욱 바람직한 방법에는, 나노다공성 입자를 밀링하여 1차 입자의 상호 연결 어레이를 파쇄시키는 단계가 포함된다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해 추가로 예시될 수 있으며, 이들 실시예는 본 발명을 한정시키지 않는다. 본원 전체에 걸쳐 인용된 모든 문헌(참조문헌, 출원된 특허문헌 및 공개된 특허문헌이 포함됨)의 내용은 본원에 참조의 목적으로 삽입되어 있다. 별도의 언급이 없는 한, 본 발명을 실시할 때에는 통상의 기술을 사용할 수 있으며, 이는 당해 분야의 숙련가들에게 알려져 있는 바이다. 이러한 기술들은 문헌에 충분히 설명되어 있다.
실시예 1
마찰 밀러(attrition miller)에서 탈이온수(DI 수)와 함께 밀링된 다결정질 알파 알루미나 분말을 씨드로 사용하였다. 슬러리 중의 알루미나 씨드 47.6g(고형물 중의 33.5중량%)를 플라스틱 용기 안에서 탈이온수 5400g에 분산시켰다. 질산(7%) 575g을 당해 용액에 가하고, 시판용 뵈마이트 분말[Siral-1.5; 콘데어(Condea) 제조] 600g을 가하였다. 당해 용액을 2시간 동안 격렬하게 교반하여 뵈마이트를 완전히 팹티사이즈시켰다. 폴리비닐 알콜[PVA; 분자량 11,000 내지 31,000; J.T. 베이커(J.T. Baker) 제조] 200g을 우선 물 800g에 용해시켜 PVA 용액 20중량%를 제조하였다. PVA 용액을 뵈마이트 용액에 가하고, 믹서를 사용하여 1시간 동안 잘 혼합하였다.
당해 용액을 스테인레스 스틸 팬에 나누어 담고, 동결 건조기 챔버에 넣어 동결 건조시켰다. 당해 용액을 우선 -45℃로 동결시키고, 60℃에서 진공하에 승화시켰다. 전체 동결 건조는 약 72시간 동안 수행하였다. 동결 건조된 물질의 형태는 스폰지형이었으며 백색으로 착색되었다. 1190℃ 박스 로(box furnace)에서, 분말을 1시간 동안 가열하였다. 가열 후에, 분말은 상당히 가볍고(fluffy) 다공성인 물질이 되었으며, 분쇄가 매우 용이하였다. X선 회절 및 He 밀도 측정을 근거로 하여, 당해 물질이 98 내지 100%의 알파-알루미나임을 확인하였다. SEM 측정 결과, 당해 물질이 나노다공성의 허니컴 구조임을 알 수 있다. 세공이 동결 건조기 내부의 냉각 및 가열 방향을 따라 배향되어, 세공은 물이 승화되도록 하는 통로로서 사용된 것으로 사료된다. 당해 물질의 단면을 SEM으로 측정한 결과, 세공의 직경이 약 150nm임을 알 수 있다(도 1 및 도 2 참조). BET 측정 결과 물질의 표면적이 38.5㎡/g임을 알 수 있다.
당해 물질은 나노다공성의 허니컴 구조이기 때문에, 마찰 밀러를 사용하여 단기간(6시간) 내에 알파-알루미나의 나노크기 입자로 용이하게 밀링될 수 있었다. 도 3은 밀링 후의 슬러리의 SEM 사진이다.
실시예 2
실시예 1과 같이, 마찰 밀러에서 탈이온수와 함께 밀링된 다결정질 알파 알루미나 분말을 다음의 공정을 위한 씨드로 사용하였다. 플라스틱 용기 속에서, 알루미나 씨드 47.6g(고형물 중의 33.5중량%)을 탈이온수 5400g에 분산시켰다. 질산 300g(7중량%)을 당해 용액에 가하고, 시판용 뵈마이트 분말(P2K; 콘데어 제조) 600g을 가하였다. 당해 용액을 2시간 동안 격렬하게 교반하여 뵈마이트를 완전히 팹티사이즈시키고 분산시켰다. 폴리비닐 알콜(PVA, 분자량 11,000 내지 31,000, 20중량%)의 용액 2000g을 뵈마이트 용액에 가하고, 믹서를 사용하여 1시간 동안 잘 혼합하였다.
당해 용액을 스테인레스 스틸 팬에 나누어 담고, 동결 건조기 챔버에 넣어 동결 건조시켰다. 당해 용액을 우선 -45℃로 동결시키고, 60℃에서 진공하에 승화시켰다. 약 72일 동안 동결 건조시켜 완전히 건조시켰다. 동결 건조된 물질의 형태는 스폰지형이었으며 백색으로 착색되었다. 분말을 1000℃에서 1.5시간 동안 가열하였다. 가열 후에, 분말은 상당히 가볍고 다공성인 물질이 되었다. X선 회절 및 He 밀도 측정을 근거로 하여 당해 물질이 약 100%의 알파-알루미나임을 확인하였다. SEM 측정 결과, 당해 물질이 나노다공성이며 허니컴 구조를 갖는다는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 경우와 유사하게, 세공이 동결 건조기 내부의 냉각 및 가열 방향을 따라 배향된다. 컬럼의 직경은 약 150nm이다.
당해 물질은 개방된 나노다공성 구조이기 때문에, 당해 물질은 가열 후에 마찰 밀러에서 고순도의 알루미나를 매질로서 사용하여 용이하게 분쇄 및 밀링될 수 있었다. 입자 크기 분석기로 측정한 결과, 밀링된 물질의 평균 입자 D50은 90nm이었다.
본 발명의 수 많은 양태가 기술되었지만, 본 발명의 범주 및 요지를 벗어나지 않으면서 본 발명의 양태 및/또는 변형, 조합 및 대체가 가능하다는 것이 당해 분야의 숙련가들에게는 명확할 것이다.

Claims (73)

1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계 및
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된, 평균 입자 크기가 약 100nm 미만이고 세공 또는 공극의 내부침투 어레이를 갖는 상호 연결 α-알루미나 1차 입자들을 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 10 내지 약 100nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 20 내지 약 90nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 25 내지 약 80nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 30 내지 약 70nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 99% 이상의 α-알루미나 1차 입자 크기가 약 10nm의 분포 범위 내에 존재하는 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 20 내지 약 400nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 50 내지 약 300nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 100 내지 약 200nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 분말 용적의 약 10 내지 약 75%가 α-알루미나인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 분말 용적의 약 10 내지 약 50%가 α-알루미나인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 세공 또는 공극의 내부침투 어레이가 컬럼형 또는 튜브형 구조를 갖는 나노다공성 α-알루미나 분말.
제12항에 있어서, 컬럼형 또는 튜브형 구조물의 직경이 약 20 내지 약 250nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제12항에 있어서, 컬럼형 또는 튜브형 구조물의 직경이 약 50 내지 약 150nm인 나노다공성 α-알루미나 분말.
제1항에 있어서, 상호 연결 α-알루미나 1차 입자가 넥(neck)에 의해 연결되어 있는 나노다공성 α-알루미나 분말.
제15항에 있어서, 넥의 단면이 α-알루미나 1차 입자의 단면의 약 10 내지 90%인 나노다공성 α-알루미나 분말.
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계,
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계 및
나노다공성 α-알루미나 분말을 파쇄하여 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된, 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말.
제17항에 있어서, 나노다공성 α-알루미나 분말의 분쇄, 밀링 또는 파쇄에 의해 제조되는 나노크기의 α-알루미나 분말.
제17항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 10 내지 약 100nm인 나노크기의 α-알루미나 분말.
제17항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 20 내지 약 90nm인 나노크기 의 α-알루미나 분말.
제17항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 25 내지 약 80nm인 나노크기의 α-알루미나 분말.
제17항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 30 내지 약 70nm인 나노크기의 α-알루미나 분말.
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계,
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계 및
나노다공성 α-알루미나 분말을 파쇄하여 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된, 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 포함하는 슬러리.
제23항에 있어서, 나노크기의 α-알루미나 분말이 나노다공성 α-알루미나 분말의 분쇄, 밀링 또는 파쇄에 의해 제조되는 슬러리.
제23항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 10 내지 약 100nm인 슬러리.
제23항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 20 내지 약 90nm인 슬러리.
제23항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 25 내지 약 80nm인 슬러리.
제23항에 있어서, α-알루미나 입자 크기가 약 30 내지 약 70nm인 슬러리.
제23항에 있어서, 물을 추가로 포함하는 슬러리.
제23항에 있어서, 탈이온수를 추가로 포함하는 슬러리.
제23항에 있어서, 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 슬러리.
제31항에 있어서, 첨가제가 저장 조건 또는 연마 조건하에서 α-알루미나에 대해 화학적으로 불활성인 슬러리.
제31항에 있어서, 첨가제가 저장 조건 또는 연마 조건하에서 α-알루미나 입자의 응집을 억제하는 슬러리.
제23항에 있어서, pH가 약 2 내지 약 11인 슬러리.
제23항에 있어서, pH가 약 1 내지 약 6인 슬러리.
제23항에 있어서, pH가 약 8 내지 약 10.5인 슬러리.
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계 및
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계를 포함하는, 나노다공성 α-알루미나 분말의 제조방법.
제37항에 있어서, 알루미나 전구체가 뵈마이트(boehmite)인 방법.
제37항에 있어서, 알루미나 전구체가 분자 알루미늄 화합물인 방법.
제37항에 있어서, 분자 알루미나 전구체가 알콕사이드, 아릴 산화물, 카복실레이트, 할로겐화물, 황산염, 질산염, 옥살산염 및 아세토아세토네이트로부터 선택된 1종 이상의 음이온을 포함하는 알루미늄 염으로부터 선택되는 방법.
제37항에 있어서, α-알루미나 씨드 입자가 고형 졸에 균질하게 분산되어 있는 방법.
제37항에 있어서, 동결 건조 단계가, 유기-무기 졸을 0℃ 이하로 동결시키는 단계 및 감압하에 0 내지 약 80℃의 온도에서 물을 동결된 졸로부터 승화시키는 단계를 포함하는 방법.
제37항에 있어서, 동결 건조 단계가, 유기-무기 졸을 -20℃ 이하로 동결시키는 단계 및 20 내지 약 80℃의 온도 및 약 200Torr 이하의 압력에서 물을 동결된 졸로부터 승화시키는 단계를 포함하는 방법.
제37항에 있어서, 동결 건조 단계가, 유기-무기 졸을 -30℃ 이하로 동결시키는 단계 및 40 내지 약 80℃의 온도 및 약 50Torr 이하의 압력에서 물을 동결된 졸로부터 승화시키는 단계를 포함하는 방법.
제37항에 있어서, 가열이 약 1200℃ 미만의 온도에서 수행되는 방법.
제37항에 있어서, 가열이 약 1100℃ 미만의 온도에서 수행되는 방법.
제37항에 있어서, 가열이 약 750 내지 약 1050℃의 온도에서 수행되는 방법.
제37항에 있어서, 가열이 약 800 내지 약 1000℃의 온도에서 수행되는 방법.
제37항에 있어서, α-알루미나 씨드 입자의 평균 입자 크기가 약 125nm 미만인 방법.
제37항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 10 내지 약 100nm인 방법.
제37항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 20 내지 약 90nm인 방법.
제37항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 25 내지 약 80nm인 방법.
제37항에 있어서, α-알루미나 1차 입자 크기가 약 30 내지 약 70nm인 방법.
제37항에 있어서, 99% 이상의 α-알루미나 1차 입자 크기가 약 10nm의 분포 범위 내에 존재하는 방법.
제37항에 있어서, 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 20 내지 약 400nm인 방법.
제37항에 있어서, 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 50 내지 약 300nm인 방법.
제37항에 있어서, 세공 또는 공극의 최소 크기가 약 100 내지 약 200nm인 방법.
제37항에 있어서, 분말 용적의 약 10 내지 약 75%가 α-알루미나인 방법.
제37항에 있어서, 분말 용적의 약 10 내지 약 50%가 α-알루미나인 방법.
제37항에 있어서, 세공 또는 공극의 내부침투 어레이가 컬럼형 또는 튜브형 구조를 갖는 방법.
제60항에 있어서, 컬럼형 또는 튜브형 구조물의 직경이 약 20 내지 약 250nm인 방법.
제60항에 있어서, 컬럼형 또는 튜브형 구조물의 직경이 약 50 내지 약 150nm인 방법.
제37항에 있어서, 상호 연결 α-알루미나 1차 입자가 넥에 의해 연결되는 방법.
제63항에 있어서, 넥의 단면이 α-알루미나 1차 입자의 단면의 약 10 내지 약 90%인 방법.
제37항에 있어서, 제조된 나노다공성 α-알루미나가 α-알루미나 씨드 입자를 약 0.1 내지 약 25중량% 포함하는 방법.
제65항에 있어서, 제조된 나노다공성 α-알루미나가 α-알루미나 씨드 입자를 약 1 내지 약 15중량% 포함하는 방법.
제37항에 있어서, 수용성 유기 중합체가 폴리올, 슈가, 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리(메트)아크릴산, 폴리(메트)아크릴레이트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.
제67항에 있어서, 수용성 유기 중합체가 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물인 방법.
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삭제
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계,
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계 및
나노다공성 α-알루미나 분말을 파쇄하여 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함하는, 평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말의 제조방법.
평균 입자 크기가 약 100nm 미만인 α-알루미나 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 포함하는 슬러리를 제공하는 단계 및
슬러리를 기판과 연마 패드 사이의 계면에 가하는 단계를 포함하는, 기판의 연마방법으로서,
나노크기의 α-알루미나 분말이
1종 이상의 알루미나 전구체와 다수의 α-알루미나 씨드 입자를 포함하는 무기 졸을 제공하는 단계,
1종 이상의 수용성 유기 중합체를 무기 졸에 가하여 유기-무기 졸을 형성하는 단계,
유기-무기 졸을 동결 건조시켜 고형 겔을 형성하는 단계,
유기 중합체를 연소할 수 있고 상호 연결 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 형성을 유도할 수 있는 온도에서 고형 겔을 가열하는 단계 및
나노다공성 α-알루미나 분말을 파쇄하여 나노다공성 α-알루미나 분말의 α-알루미나 1차 입자를 포함하는 나노크기의 α-알루미나 분말을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조됨을 특징으로 하는, 기판의 연마방법.
제71항에 있어서, 나노다공성 α-알루미나 분말이 밀링에 의해 파쇄되어 나노크기의 α-알루미나 분말이 형성되는 방법.
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