KR101374490B1

KR101374490B1 - α 알루미나 분말

Info

Publication number: KR101374490B1
Application number: KR1020097006326A
Authority: KR
Inventors: 노리후미 아즈마; 신지 후지와라
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2014-03-13
Also published as: RU2441841C2; EP2070873A4; RU2009114737A; TWI415980B; WO2008035656A1; US8163266B2; TW200821415A; EP2070873A1; CN101516782B; EP2070873B1; CN101516782A; US20100040535A1; KR20090064551A

Abstract

순도가 99.99 질량% 이상이고, 비표면적이 0.1㎡/g ∼ 2.0㎡/g 이고, 상대 밀도가 55% ∼ 90% 의 범위이고, 폐기공률이 4% 이하이며, JIS K 0069 (1992) 의 건식 체질 시험에 의해 구한 건식 체질 입경의 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 5 질량% 이하이고, 입경이 2.8mm 를 초과하는 입자가 15 질량% 이하이며, 입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 1 개 이상의 빈도 극대를 나타내는 α 알루미나 분말. 이 α 알루미나 분말은, 높은 부피 밀도로 도가니에 충전할 수 있고, 가열 용융시에 도가니를 산화시키는 경우가 없으며, 공극이 적은 사파이어 단결정이 얻어진다.

Description

α 알루미나 분말{α―ALUMINA POWDER}

본 발명은, α 알루미나 분말에 관한 것으로, 상세하게는 사파이어 단결정의 제조에 적합한 α 알루미나 분말에 관한 것이다.

α 알루미나 분말은, 사파이어 단결정을 제조하기 위한 원재료로서 유용하고, 예를 들어 금속 몰리브덴제 도가니 내에 충전하고, 가열 용융시킨 후, 용융물을 인상하는 방법에 의해, 사파이어 단결정을 제조할 수 있다〔특허 문헌 1：일본 공개특허공보 평5-97569호〕.

이러한 α 알루미나 분말로는, 높은 부피 밀도로 도가니에 충전할 수 있고, 가열 용융시에 도가니를 산화시킬 우려가 없으며, 공극이 적은 사파이어 단결정을 용이하게 제조할 수 있는 것이 요구되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평5-97569호

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명의 목적은, 높은 부피 밀도로 도가니에 충전할 수 있고, 가열 용융시에 도가니를 산화시킬 우려가 없으며, 공극이 적은 사파이어 단결정을 용이하게 제조할 수 있는 α 알루미나 분말을 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 의하면, 상기 목적은,

순도가 적어도 99.99 질량% 이고, 비표면적이 0.1㎡/g ∼ 2.0㎡/g 이고, 상대 밀도가 55% ∼ 90% 의 범위이고, 폐기공률이 4% 이하이며,

JIS K 0069 (1992) 의 건식 체질 시험에 의해 구한 건식 체질 입경의 질량 기준의 입경 분포에 있어서,

입경이 75㎛ 미만인 입자가 5 질량% 이하이고,

입경이 2.8mm 를 초과하는 입자가 15 질량% 이하이고,

입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 적어도 1 개의 빈도 극대를 나타내는 것을 특징으로 하는 α 알루미나 분말 (단, 입경은 JIS Z8801 (1987) 에서 규정하는 표준 체 중 α 알루미나 분말이 통과할 수 없는 표준 체 메시의 최대값이다.) 에 의해 달성된다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 입경 분포에 있어서

입경이 850㎛ 이상이고, 1mm 미만인 입자가 10 질량% 이하이고,

입경이 1mm 이상인 영역에 적어도 1 개의 빈도 극대가 나타나고,

그 영역에 나타나는 빈도 극대 중 가장 큰 극대 입경을 나타내는 빈도 극대의 극대 입경을 D2, 극대값을 M2 로 하고,

입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 나타나는 빈도 극대 중 가장 작은 극대 입경을 나타내는 빈도 극대의 극대 입경을 D1, 극대값을 M1 로 했을 때,

D2 및 D1 이 식 (1)

2×D1≤D2≤20×D1 (1)

을 만족하고,

M1 과 M2 의 비 (M1/M2) 가 적어도 0.05

인 상기에 기재된 α 알루미나 분말.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 의하면, Si, Na, Ca, Fe, Cu 및 Mg 의 함유량이 각각 10ppm 이하이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 의하면, α 알루미나 분말은, 사파이어 단결정 제조용 원료로서 사용된다.

발명의 효과

본 발명의 α 알루미나 분말은, 도가니에 충전했을 때의 부피 밀도가 높고, 가열 용융시에 도가니를 산화시킬 우려도 없고, 또한 이것을 도가니 내에서 가열 용융한 후, 인상하는 방법에 의해 공극이 적은 사파이어 단결정을 얻을 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 α 알루미나 분말은, 예를 들어, α 알루미나 전구체와 α 알루미나종 입자의 혼합물을 소성하여 α 알루미나 조 (粗) 분말을 얻고, 얻어진 α 알루미나 조 분말을 체질하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

상기 제조 방법에 사용되는 α 알루미나 전구체란, 소성함으로써 α 알루미나로 전이될 수 있는 화합물로서, 예를 들어, 알루미늄이소프로폭시드, 알루미늄에톡시드, 알루미늄sec-부톡시드, 알루미늄tert-부톡시드 등의 알루미늄알콕시드나, 수산화알루미늄, γ 알루미나, δ 알루미나, θ 알루미나 등의 천이 알루미나 등을 들 수 있다.

수산화알루미늄은, 예를 들어, 가수 분해성 알루미늄 화합물을 가수 분해함으로써 얻어진다. 가수 분해성 알루미늄 화합물로는, 예를 들어 알루미늄알콕시드, 염화알루미늄 등을 들 수 있고, 순도 99.99 질량% 이상과 같은 고순도의 수산화알루미늄이 용이하게 얻어지는 점에서, 알루미늄알콕시드가 바람직하다.

수산화알루미늄의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 고순도이고, 결정계가 뵘석 (boehmite) 에 속한 것인 것이 바람직하다.

이하, α 알루미나 전구체로서 수산화알루미늄을 사용했을 경우를 예로 들어, 본 발명의 α 알루미나의 제조 방법을 설명한다.

상기의 제조 방법에 사용되는 α 알루미나종 입자는, 예를 들어 순도 99.99 질량% 이상의 고순도 α 알루미나 입자를 분쇄하여 얻어지는 것으로, 그 중심 입경은 0.1 ∼ 1.0㎛, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.4㎛ 이다. 0.1㎛ 이하의 크기인 α 알루미나종 입자는, 공업적으로 제조가 곤란하고, 또 1.0㎛ 이상의 크기인 α 알루미나종 입자에서는, 본 발명에서 규정하는 비표면적, 상대 밀도 및 폐기공률을 갖는 α 알루미나 분말이 얻어지지 않는다.

상기의 제조 방법에 사용되는 α 알루미나종 입자를 얻는 방법으로서, 건조 상태에서 분쇄하는 건식 분쇄에 의해 얻는 방법이나, 용매를 첨가하여 슬러리 상태에서 분쇄하는 습식 분쇄에 의해 얻는 방법 등을 들 수 있지만, 후술하는 수산화알루미늄과의 혼합을 균일하게 하는 관점에서, 습식 분쇄가 바람직하다.

α 알루미나종 입자를 얻기 위해서,α 알루미나를 습식 분쇄하는 방법으로는, 예를 들어 볼 밀, 매체 교반 밀 등의 분쇄 장치를 사용한 분쇄 방법을 들 수 있다. 그 때에 사용되는 용매로는 통상적으로 물이 사용되는데, 양호한 분산성으로 분쇄하기 위해서, 분산제를 첨가하여 분쇄해도 된다. 첨가되는 분산제는, 고순도를 유지하기 위한 목적에서, 소성에 의해 휘발되어 불순물로서 잔존하지 않도록, 예를 들어 폴리아크릴산암모늄염 등의 고분자계 분산제가 바람직하다.

α 알루미나종 입자를 얻기 위해서, α 알루미나를 분쇄할 때에 사용하는 분쇄 장치는, 얻어지는 α 알루미나종 입자의 오염이 적은 점에서, α 알루미나와 접하는 면이 고순도의 α 알루미나로 구성되어 있거나, 혹은, 수지 라이닝 (lining) 되어 있는 것이 바람직하다. 매체 교반 밀 등을 사용하여 분쇄하는 경우에 사용되는 분쇄 매체도, 고순도의 α 알루미나로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기의 제조 방법에 있어서의 수산화알루미늄에 대한 α 알루미나종 입자의 첨가량은, 소성 후의 α 알루미나 입자의 중량을 100 중량부로 했을 때, 바람직하게는 0.1 ∼ 10 중량부이고, 바람직하게는, 0.3 ∼ 7 중량부이다. 0.1 중량부 미만에서는, 본 발명의 α 알루미나 분말이 얻어지지 않고, 10 중량부를 초과하여 첨가해도, 얻어지는 α 알루미나 분말의 물성은 변함없고, 불필요하게 첨가량이 증대될 뿐으로 바람직하지 않다.

상기의 제조 방법에 있어서의 α 알루미나종 입자를 함유하는 슬러리의 첨가량은, 그 슬러리 중의 수분량으로서, 수산화알루미늄 100 중량부에 대해 100 ∼ 200 중량부이고, 바람직하게는 120 ∼ 160 중량부이다. 200 중량부 이상의 수분량에서는, 혼합물이 슬러리화되어, 건조에 다대한 에너지를 필요로 하기 때문에 바람직하지 않고, 100 중량부 미만에서는, 혼합물의 유동성이 매우 부족하여,α 알루미나종 입자와 수산화알루미늄의 혼합은 불충분해져 바람직하지 않다.

α 알루미나종 입자의 첨가 방법은, 교반, 볼 밀, 초음파 분산 등의 방법을 채용할 수 있다. 통상적으로 수산화알루미늄과 α 알루미나종 입자를 함유하는 혼합물은, 평균 입경이 5㎛ 이상인 수산화알루미늄 입자가 응집되어 있는 상태이다. 따라서, α 알루미나종 입자를 균일하게 혼합할 수 있도록 전단력을 가하면서 혼합할 수 있는 점에서, 블레이드형 혼합기를 사용하는 것이 바람직하다.

수산화알루미늄과 α 알루미나종 입자의 혼합물은, 건조에 의해 물을 제거한다. 건조시킬 때의 온도는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 80 ∼ 180℃ 이다. 또, 경장 (輕裝) 부피 밀도를 향상시키는 관점에서, 유동층 건조기를 사용하여 유동 건조시키는 것이 바람직하다.

상기의 제조 방법에서는, 계속하여, 수산화알루미늄과 α 알루미나종 입자의 혼합물을 소성시킨다. 소성 온도는, 본 발명에서 규정하는 순도, 비표면적, 상대 밀도 및 폐기공률을 갖는 α 알루미나 조 분말이 용이하게 얻어지는 점에서, 1200 ∼ 1450℃ 이고, 바람직하게는 1250 ∼ 1400℃ 이다. 1450℃ 를 초과하는 경우에는, 소결이 과도하게 진행되어 비표면적이 낮아져, 폐기공률이 너무 높아지거나 소성로로부터의 불순물에 의해 오염되거나 하므로, 바람직하지 않다. 또, 1200℃ 미만에서는, 수산화알루미늄의 α 화로의 전이가 불충분하거나, 소결의 진행이 불충분하기 때문에 비표면적이 높아지는 경우가 있다.

혼합물은, 예를 들어 30℃/시간 ∼ 500℃/시간의 승온 속도로 소성 온도까지 승온시킨다. 소성 유지 시간은 수산화알루미늄이 α 화되어 소정 밀도의 α 알루미나가 얻어지는 데 충분한 시간이면 되고, 사용하는 알루미늄 화합물의 종류, α 알루미나 전구체와 α 알루미나종 입자의 사용량 비, 소성로의 형식, 소성 온도, 소성 분위기 등에 따라 상이하지만, 예를 들어 30분 이상 24시간 이하, 바람직하게는 1 ∼ 10시간이다.

혼합물은, 대기 중에서 소성시켜도 되고, 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 중에서 소성시켜도 된다. 또, 수증기 분압이 높은 습윤 분위기 중에서 소성시켜도 된다.

소성에는, 예를 들어 관 형상 전기로, 상자형 전기로, 터널로, 원적외선로, 마이크로파 가열로, 샤프트로, 반사로, 로터리로, 롤러허스로 (roller hearth furnace) 등의 통상적인 소성로를 사용할 수 있다. 혼합물은 회분식으로 소성시켜도 되고, 연속식으로 소성시켜도 된다. 또 정지식으로 소성시켜도 되고, 유동식으로 소성시켜도 된다.

이렇게 하여 얻어지는 α 알루미나 조 분말은, 순도가 99.99 질량% 이상이고, 비표면적이 0.1㎡/g ∼ 2.0㎡/g, 바람직하게는 0.2 ∼ 1.0㎡/g 이고, 상대 밀도가 55 ∼ 90% 이고, 폐기공률이 4% 이하이다.

이렇게 하여 얻어진 α 알루미나 조 분말은 통상적으로 입경이 넓게 분포되어 있으므로, 예를 들어, 이것을 체질함으로써, 본 발명에서 규정하는 입경 분포의 α 알루미나 분말을 얻을 수 있다.

본 발명의 α 알루미나 분말은, JIS K 0069 (1992) 의 건식 체질 시험에 의해 구한 건식 체질 입경의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자 함유량이 5 중량% 이하이지만, 바람직하게는 3 중량% 이하이다. 또한, 본 발명의 α 알루미나 분말은, 입경이 75㎛ 미만인 입자를 전혀 함유하지 않아, 그 함유량이 0 질량% 이어도 된다. 75㎛ 미만인 입자가 많으면, 입자 간의 정전기적 반발력이 높아져, 도가니에 높은 부피 밀도로 충전할 수 없어지게 되는 것 외에, 도가니에 충전할 때에 사용되는 충전 장치 중에서 막힘을 일으킬 우려도 있다.

또, 본 발명의 α 알루미나 분말은, 입경이 2.8mm 를 초과하는 입자의 함유량이 15 중량% 이하이지만, 바람직하게는 10 중량% 이하이다. 또한, 본 발명의 α 알루미나 분말은, 입경이 2.8mm 를 초과하는 입자를 전혀 함유하지 않아, 그 함유량이 0 질량% 이어도 된다. 2.8mm 를 초과하는 입자의 함유량이 15 질량% 를 초과하면, 도가니에 높은 부피 밀도로 충전할 수 없게 되어 바람직하지 않다.

본 발명의 α 알루미나 분말은, 상기 입경 분포에 있어서, 입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 적어도 1 개의 빈도 극대를 나타내지만, 빈도 극대를 나타내는 영역은, 바람직하게는 입경이 100㎛ 이상, 500㎛ 미만이고, 단일 입경의 입자만으로 구성되어 있어도 된다.

본 발명의 α 알루미나 분말은, 상기 입경 분포에 있어서 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자가 10 질량% 이하이고, 입경이 1mm 이상인 영역에 적어도 1 개의 빈도 극대가 나타나고, 그 영역에 나타나는 빈도 극대 중 가장 큰 극대 입경을 나타내는 빈도 극대의 극대 입경을 D2, 빈도값을 M2 로 하고, 입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 나타나는 빈도 극대 중 가장 작은 극대 입경을 나타내는 빈도 극대의 극대 입경을 D1, 빈도값을 M1 로 했을 때, D2 및 D1 이 식 (1)

2×D1≤D2≤20×D1 (1)

을 만족하고, M1 과 M2 의 비 (M1/M2) 가 0.05 이상인 것이, 보다 높은 부피 밀도로 도가니에 충전할 수 있는 점에서 바람직하다.

또한, 입자의 충전성을 높이는 관점에서, D2 및 D1 이 식 (2)

5×D1≤D2≤15×D1 (2)

를 만족하는 것이 더욱 바람직하고, 또, M1 과 M2 의 비 (M1/M2) 가 0.1 이상, 나아가서는 1 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 입경은, JIS Z8801 (1987) 에 규정되는 메시 75㎛, 100㎛, 212㎛, 300㎛, 425㎛, 500㎛, 710㎛, 850㎛, 1mm, 2mm 및 2.8mm 의 표준 체를 이용하여, 입자가 통과할 수 없는 메시의 최대값으로서 측정되는 건식 체질 입경이다. 또, 입경 분포는, 상기 표준 체를 사용하여 JIS K 0069 (1992) 의 건식 체질 시험에 따라 측정되는 건식 체질 입경에 의한 입경 분포이다.

이렇게 하여 얻어지는 본 발명의 α 알루미나 분말은, 순도가 99.99 질량% 이상으로서 불순물이 적은 점에서, 이것을 가열 용융한 후 냉각시킴으로써 용이하게 단결정화시켜 사파이어 단결정을 제조할 수 있다. 또, 비표면적이 0.1㎡/g ∼ 2.0㎡/g, 바람직하게는 0.2 ∼ 1.0㎡/g 인 점에서, 대기 중에서 표면에 부착되는 수분이 적고, 또, 상대 밀도가 55 ∼ 90% 이고, 폐기공률이 4% 이하인 점에서, 제조 과정에서 폐기공 등에 도입되는 수분이 적어, 가열 용융시켰을 때에, 이들 수분에 의해 도가니를 산화시킬 우려가 없고, 또한 사파이어 단결정에 형성되는 공극도 적어진다.

본 발명의 α 알루미나 분말은, 본 발명에서 규정하는 입경 분포를 가지므로, 이것을 도가니에 충전함으로써, 예를 들어 경장 부피 밀도로 1.8g/㎤ 이상, 바람직하게는 2.0g/㎤ 이상, 더욱 바람직하게는 2.2g/㎤ 이상이라는 높은 밀도로 도가니에 충전할 수 있다.

이렇게 하여 얻어지는 α 알루미나 분말은, EFG 법, 쵸크랄스키법 등의 사파이어 단결정 성장 방법의 원료로서 적용할 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

또한, 실시예에 있어서의 평가 방법은 하기와 같다.

(1) 상대 밀도

얻어진 α 알루미나의 상대 밀도로서, 세공 용적 (개기공 체적) 과 입자 밀도로부터 산출한 폐기공 체적으로부터 산출한 소결 밀도를 사용하였다. 세공 용적은 시료를 120℃ 에서 4 시간 건조시킨 후, 오토포아 III9420 장치 (MICROMERITICS 사 제조) 를 사용하여 수은 압입법에 의해 세공 반경 1㎛ 이하의 범위의 세공 용적으로서 구하였다.

상대 밀도 (%)=(소결 밀도/3.98)×100

소결 밀도 (g/㎤)=1/{(1/3.98)＋세공 용적＋폐기공 체적}

폐기공 체적 (㎤/g)=(1/입자 밀도)-(1/3.98)

(2) 폐기공률

폐기공률은 입자 밀도로부터 하기의 식에 의해 산출하였다. 또 입자 밀도는, JIS R7222 의 진비중 측정 방법에 기초하여 산출하였다.

폐기공률 (%)=〔(폐기공 체적)/{(1/3.98)＋세공 용적＋폐기공 체적}〕×100

(3) 불순물 농도, 순도

Si, Fe, Cu, Mg 의 함유량은 고체 발광 분광법에 의해 측정하였다. 또 Na, Ca 는, 알칼리 용융 후, 각각 원자 흡광, ICP 발광 분광법에 의해 측정하였다. 순도는, α 알루미나에 함유되는 Al₂O₃ 의 총량으로 하고, SiO₂, MgO, CuO, Fe₂O₃, CaO, Na₂O 의 총량 (ppm) 을 불순물 농도로부터 산출하여, 1 에서 뺀 것을 사용하였다. 산출 식은 이하와 같다.

순도 (%)=100×{1-〔불순물 중량의 총합 (ppm)〕}

(4) 입경 분포

입경 분포는, JIS K 0069 (1992) 의 건식 체질 시험법에 기초하여, JIS Z8801 (1987) 에 지정된 표준 체 중, 그물코의 메시가 75㎛, 100㎛, 212㎛, 300㎛, 425㎛, 500㎛, 600㎛, 710㎛, 850㎛, 1mm, 2mm, 2.8mm 인 체를 사용하여 산출하였다.

(5) 경장 부피 밀도

경장 부피 밀도는, JIS R9301-2-3 에 기초하여, 시료를 규정된 용기에 충전한 후, 그 시료의 질량과 용적으로부터 산출하였다.

(6) 평균 입경

α 알루미나종 입자의 평균 입경은, 레이저 입도 분포 측정 장치〔닛키소사 제조 「마이크로 트랙」〕를 사용하여 레이저 회절법에 의해, 질량 기준으로 누적 백분율 50% 상당 입경을 평균 입경으로서 측정하였다.

(7) 비표면적

비표면적은, BET 비표면적 측정 장치〔시마즈 제작소사 제조 「2300-PC-1A」〕를 사용하여 질소 흡착법에 의해 측정하였다.

(8) 수분량

α 알루미나 분말에 흡착되어 있는 수분량은, JIS H 1901-1977 에 기초하여, 시료를 110℃ 에서 건조시킨 후, 그 감량으로서 측정하였다.

실시예 1

α 알루미나종 입자로서, 고순도 α 알루미나 (상품명 AKP-53, 스미토모 화학 주식회사 제조) 를 사용하였다. 이 α 알루미나를 습식 볼 밀 분쇄하고, 그 알루미나종 입자가 고형분 농도로 20 중량부 함유된 α 알루미나종 입자 슬러리를 제조하였다. 그 알루미나종 입자의 평균 입경은 0.25㎛ 였다.

α 알루미나 전구체로서, 알루미늄알콕시드의 가수 분해법에 의해 얻어진 고순도 수산화알루미늄을 사용하였다. 그 α 알루미나종 슬러리와 그 수산화알루미늄은, 고속 회전하는 다단 십자형 분해 구조를 갖는 교반 날개를 내면에 갖는 블렌더형 혼합기로 혼합하였다. 혼합시에 첨가된 α 알루미나종 입자 슬러리 중에 함유되는 α 알루미나는, 얻어지는 α 알루미나 중량 100 중량부에 대해 1.7 중 량부이었다. 또 슬러리 중의 물의 양은, 수산화알루미늄 100 중량부에 대해 149 중량부였다. 혼합 후, 유동층 건조기로 건조시켜 수분을 증발시킨 후에, α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구 물질 분말을 얻었다. 그 분말을 승온 속도 100℃/hr, 소성 온도 1335℃ 에서 4 시간 소성시켜,α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 87%, 폐기공률은 2.4% 이고, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 2.0 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 4.6 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 또한 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.4 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 1.19 인 점에서, 경장 부피 밀도는 2.3g/㎤ 였다. 함유되는 Si 는 7ppm, Na 는 2ppm 이하, Mg 는 2ppm, Cu 는 1ppm 이하, Fe 는 6ppm, Ca 는 2ppm 미만이고, 알루미나 순도는 99.99% 이고, 비표면적은 0.4㎡/g 이며, 흡착 수분량은 0.02 중량% 였다. 즉, 얻어진 α 알루미나는, 흡착 수분이 적고 저폐기공률이면서 또한 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 2

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 입자를 얻었다. 그 α 알루미나 분말은, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 경장 부피 밀도는 2.1g/㎤ 로, 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었 다.

실시예 3

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 입경이 100㎛ 이상, 500㎛ 미만인 입자를 얻었다. 그 α 알루미나 분말은, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 경장 부피 밀도는 1.9g/㎤ 로, 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 4 ∼ 10

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 입경이 각각 100㎛ (실시예 4), 212㎛ (실시예 5), 300㎛ (실시예 6), 400㎛ (실시예 7), 500㎛ (실시예 8), 600㎛ (실시예 9), 710㎛ (실시예 10) 의 α 알루미나 분말을 얻었다. 어떠한 α 알루미나 분말도, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 경장 부피 밀도는 1.8 ∼ 1.9g/㎤ 로, 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 11

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 0.3 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 12.3 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.4 질량% 이며, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 0.06 인 α 알루미나 분말을 얻었다. 그 α 알루미나 분말의 경장 부피 밀도는 1.8g/㎤ 로, 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 12

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 2.0 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 9.2 질량% 이고, 425㎛ 이상, 500㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.4 질량% 이며, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 2 배이고, M1/M2 비가 0.14 인 α 알루미나 분말을 얻었다. 그 α 알루미나 분말의 경장 부피 밀도는 2.1g/㎤ 로, 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 13

실시예 1 의 방법에 의해, 그 α 알루미나종을, 얻어지는 α 알루미나 중량 100 중량부에 대해 0.26 중량부 첨가하고, 슬러리 중의 물의 양을 수산화알루미늄 100 중량부에 대해 150 중량부로 하여, α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을 얻어, 실시예 1 의 방법에 의해 1310℃ 에서 4 시간 소성시켜, α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 66%, 폐기공률은 0.01% 미만이고, 질량 기준의 빈도 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 1.3 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 2.9 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 4.0 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 1.50 이며, 경장 부피 밀도는 1.8g/㎤ 였다. 또한, 함유되는 Si 는 7ppm, Na 는 2ppm 이하, Mg 는 1ppm, Cu 는 2ppm, Fe 는 5ppm, Ca 는 2ppm 미만이고, 알루미나 순도는 99.99% 이고, 비표면적은 1.9㎡/g 이며, 흡착 수분량은 0.06 중량% 였다. 즉, 얻어진 α 알루미나는, 흡착 수분이 적고 저폐기공률이면서 또한 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 14

실시예 1 의 방법에 의해, 그 α 알루미나종을, 얻어지는 α 알루미나 중량 100 중량부에 대해 5.6 중량부 첨가하고, 슬러리 중의 물의 양을 수산화알루미늄 100 중량부에 대해 150 중량부로 하여, α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을 얻어, 실시예 1 의 방법에 의해 1310℃ 에서 4 시간 소성시켜,α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 86%, 폐기공률은 0.01% 미만이고, 질량 기준의 빈도 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 3.6 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 2.4 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.3 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 2.36 이며, 경장 부피 밀도는 2.4g/㎤ 였다. 또한, 함유되는 Si 는 9ppm, Na 는 2ppm 이하, Mg 는 2ppm, Cu 는 2ppm, Fe 는 5ppm, Ca 는 2ppm 미만이고, 알루미나 순도는 99.99% 이고, 비표면적은 0.5㎡/g 이며, 흡착 수분량은 0.02 중량% 였다. 즉, 얻어진 α 알루미나는, 흡착 수분이 적고 저폐기공률이면서 또한 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 15

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진, α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을, 실시예 1 의 방법에 의해 1275℃ 에서 4 시간 소성시켜, α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 72%, 폐기공률은 0.01% 미만이고, 질량 기준의 빈도 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 6.5 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 1.9 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.7 질량% 이며, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 2.54 이며, 경장 부피 밀도는 1.9g/㎤ 였다. 또한 함유되는 Si 는 7ppm, Na 는 2ppm 이하, Mg 는 1ppm, Cu 는 1ppm 미만, Fe 는 6ppm, Ca 는 2ppm 미만이고, 알루미나 순도는 99.99% 이고, 비표면적은 1.5㎡/g 이며, 흡착 수분량은 0.05 중량% 였다. 즉, 얻어진 α 알루미나는, 흡착 수분이 적고 저폐기공률이면서 또한 경장 부피 밀도가 높은 α 알루미나 분말이었다.

실시예 16

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진, α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을, 실시예 1 의 방법에 의해 1350℃ 에서 4 시간 소성시켜, α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 85%, 폐기공률은 2.3% 이고, 질량 기준의 빈도 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 2.7 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 3.3 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 4.0 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 1.22 이며, 경장 부피 밀도는 2.4g/㎤ 였다. 또한 함유되는 Si 는 7ppm, Na 는 2ppm 이하, Mg 는 1ppm, Cu 는 1ppm 미만, Fe 는 6ppm, Ca 는 2ppm 미만이고, 알루미나 순도는 99.99% 이고, 비표면적은 0.3㎡/g 이며, 흡착 수분량은 0.02 중량% 였다. 즉, 얻어진 α 알루미나는, 흡착 수분이 적고 저폐기공률이면서 또한 경장 부피 밀도가 높은α 알루미나 분말이었다.

비교예 1

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 850㎛ 미만인 입경의 입자를 함유하지 않고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에만 빈도 극대를 나타내는 α 알루미나 분말을 얻었다. 그 α 알루미나 분말은, 2.8mm 를 초과하는 입자가 14.5 질량% 이지만, 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 빈도 극대를 나타내지 않는 점에서, 경장 부피 밀도는 1.7g/㎤ 으로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다.

비교예 2

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 710㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역과, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 각각 1 개의 빈도 극대를 나타내지만, D2 가 D1 의 1.4 배인 α 알루미나 분말을 얻었다. 그 α 알루미나 분말은, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 0 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 13.6 질량% 이고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.3 질량% 이며, M1/M2 비가 0.06 이지만, D2 가 D1 의 1.4 배인 점에서, 경장 부피 밀도는 1.7g/㎤ 로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다.

비교예 3

실시예 1 의 방법에 의해 얻어진 α 알루미나 분말을 체질하여, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역과, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 각각 1 개의 빈도 극대를 나타내지만, M1/M2 비가 0.02 인 α 알루미나 분말을 얻었다. 그 α 알루미나 분말은, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 0.1 질량%, 2.8mm 를 초과하는 입자가 13.0 질량% 이고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.4 질량% 이며, D2 가 D1 의 10 배이지만, M1/M2 비가 0.05 미만이기 때문에, 경장 부피 밀도는 1.7g/㎤ 로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다.

비교예 4

실시예 13 의 방법에 의해, α 알루미나종과 수산화알루미늄을 혼합하고, 건조시키지 않고, α 알루미나 전구체 혼합물을 얻어, 실시예 1 의 방법에 의해 1310℃ 에서 4 시간 소성시켜, α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 84%, 함유되는 Si 는 9ppm, Na 는 2ppm 이하, Mg 는 1ppm, Cu 는 2ppm, Fe 는 5ppm, Ca 는 2ppm 미만이고, 알루미나 순도는 99.99% 이고, 비표면적은 0.3㎡/g 이며, 흡착 수분량은 0.02 중량% 였지만, 폐기공률이 9.5% 로 높은 점에서 사파이어 단결정 제조용 원료로서 적합하지 않다.

또, 그 분말의 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 0.3 질량% 이고, 300㎛ 이상, 425㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 3.7 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 3.3 배이며, M1/M2 비가 0.41 이었지만, 건조 조작을 실시하지 않았기 때문에, 2.8mm 를 초과하는 입자가 34.6 질량% 함유되어 있고, 경장 부피 밀도가 1.5g/㎤ 로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다.

비교예 5

실시예 1 에 기재된 α 알루미나종 슬러리 중의 물의 양을, 수산화알루미늄 100 중량부에 대해 1000 중량부로 하여 혼합하고, 증발기에 의해 건조시킨 후에, 1300 도에서 2 시간 소성시켜 α 알루미나를 얻었다.

그 분말의 상대 밀도는 61% 이고, 폐기공률은 0.01% 미만이며, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 0.5 질량% 이고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 6.1 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 0.06 이었지만, 유동층 건조 조작을 실시하지 않았기 때문에, 2.8mm 를 초과하는 입자가 28.0 질량% 함유되어 있고, 경장 부피 밀도는 1.3g/㎤ 로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다. 또한 비표면적이 3.3㎡/g 이고, 흡착 수분량이 0.07 중량% 로 많아져, 사파이어 제조용 원료로서 적합하지 않다.

비교예 6

실시예 1 에서 얻어진 α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을, 실시예 1 의 방법에 의해, 1100℃ 에서 2 시간 소성시켜 α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 폐기공률은 0.01% 미만이고, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 1.3 질량% 이며, 2.8mm 를 초과하는 입자가 6.1 질량%함유되어 있고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 2.2 질량% 이며, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 1.78 이었지만, 소결이 진행되지 않아, 상대 밀도가 42% 이고, 경장 부피 밀도는 1.3g/㎤ 로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다. 또한 비표면적이 9.2㎡/g 이고, 흡착 수분량이 0.37 중량% 로 많아져, 사파이어 제조용 원료로서 적합하지 않다.

비교예 7

실시예 1 에서 얻어진 α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을, 실시예 1 의 방법에 의해, 1500℃ 에서 2 시간 소성시켜 α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말은, 질량 기준의 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 1.6 질량% 이고, 2.8mm 를 초과하는 입자가 2.1 질량% 함유되어 있고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 4.3 질량% 이며, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 0.95 이며, 경장 부피 밀도도 2.4g/㎤ 의 높은 부피 밀도 α 알루미나 분말이었지만, 소결이 과도하게 진행된 결과, 비표면적은 0.02㎡/g 로 낮아져, 상대 밀도는 95% 가 되고, 폐기공률도 5% 로 높아진 점에서, 사파이어 단결정 제조용 원료로서 적합하지 않다.

비교예 8

실시예 1 에서 얻어진 α 알루미나종이 함유된 α 알루미나 전구체 혼합물을, 실시예 1 의 방법에 의해, 1300℃ 에서 15 분간 소성하여 α 알루미나 분말을 얻었다.

그 분말의 폐기공률은 0.01% 미만이고, 질량 기준의 빈도 입경 분포에 있어서, 입경이 75㎛ 미만인 입자가 1.9 질량% 이고, 2.8mm 를 초과하는 입자가 5.0 질량% 함유되어 있고, 100㎛ 이상, 212㎛ 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, 입경이 850㎛ 이상, 1mm 미만인 입자 함유량이 2.3 질량% 이고, 1mm 이상, 2mm 미만인 영역에 1 개의 빈도 극대를 나타내고, D2 는 D1 의 10 배이고, M1/M2 비가 2.08 이었지만, 소결이 진행되지 않아, 상대 밀도가 43% 이고, 경장 부피 밀도는 1.6g/㎤ 로 낮아져, 도가니에 대한 충전성이 낮아지기 때문에, 사파이어 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다. 또한 비표면적이 4.1㎡/g 이고, 흡착 수분량이 0.14 중량% 로 많아져, 사파이어 제조용 원료로서 적합하지 않다.

Claims

순도가 적어도 99.99 질량% 이고, 비표면적이 0.1㎡/g ∼ 2.0㎡/g 이고, 상대 밀도가 55% ∼ 90% 의 범위이고, 폐기공률이 4% 이하이며,

JIS K 0069 (1992)의 건식 체질 시험에 의해 구한 건식 체질 입경의 질량 기준의 입경 분포에 있어서,

입경이 75㎛ 미만인 입자가 5 질량% 이하이고,

입경이 2.8mm 를 초과하는 입자가 15 질량% 이하이며,

입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 적어도 1 개의 빈도 극대를 나타내는 것을 특징으로 하는 α 알루미나 분말 (단, 입경은 JIS Z8801 (1987) 에서 규정하는 표준 체 중 α 알루미나 분말이 통과할 수 없는 표준 체 메시의 최대값이다.).
제 1 항에 있어서,

상기 입경 분포에 있어서

입경이 850㎛ 이상이고 1mm 미만인 입자가 10 질량% 이하이고,

입경이 1mm 이상인 영역에 적어도 1 개의 빈도 극대가 나타나고,

그 영역에 나타나는 빈도 극대 중 가장 큰 극대 입경을 나타내는 빈도 극대의 극대 입경을 D2, 극대값을 M2 로 하고,

입경이 100㎛ 이상, 850㎛ 미만인 영역에 나타나는 빈도 극대 중 가장 작은 극대 입경을 나타내는 빈도 극대의 극대 입경을 D1, 극대값을 M1 로 했을 때, D2 및 D1가 식 (1)

2×D1≤D2≤20×D1 (1)

를 만족하고,

M1 과 M2 의 비 (M1/M2) 가 적어도 0.05 인 α 알루미나 분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

Si, Na, Ca, Fe, Cu 및 Mg 의 함유량이 각각 10ppm 이하인 α 알루미나 분말.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

사파이어 단결정 제조용 원료인 α 알루미나 분말.