KR101643361B1 - 저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 - Google Patents
저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101643361B1 KR101643361B1 KR1020130164320A KR20130164320A KR101643361B1 KR 101643361 B1 KR101643361 B1 KR 101643361B1 KR 1020130164320 A KR1020130164320 A KR 1020130164320A KR 20130164320 A KR20130164320 A KR 20130164320A KR 101643361 B1 KR101643361 B1 KR 101643361B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- alumina
- particle size
- heat treatment
- dry
- soda
- Prior art date
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000005245 sintering Methods 0.000 title description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 35
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 23
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 20
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 19
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 5
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 15
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 13
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 9
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 claims description 7
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 7
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 6
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 3
- -1 amine salt Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 14
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 210000003689 pubic bone Anatomy 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000004131 Bayer process Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009770 conventional sintering Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/021—After-treatment of oxides or hydroxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
- B01J6/001—Calcining
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
본 발명은 (1) 수산화알루미늄(Al(OH)3)에 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물을 첨가한 후, 5℃/분 내지 15℃/분으로 승온시켜 1,100℃ 내지 1,400℃에서 열처리하여 저-소다 알루미나를 제조하는 단계; (2) 상기 단계 1)에서 수득한 저-소다 알루미나를 건식 분쇄하여 평균입도 1.0㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조하는 단계; (3) 상기 단계 2)에서 수득한 초미립 알루미나를 200℃ 내지 1,100℃에서 열처리하여 표면 개질하는 단계; 및 (4) 상기 단계 3)에서 수득한 생성물을 건식 해쇄하는 단계를 포함하는, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 방법에 따라 제조된 저점도의 초미립 이소결성 알루미나는 집적회로(IC) 기판, LCD 또는 PDP용 부품 등의 전자세라믹스용, 분쇄장치, 성형 및 가공기계 등의 기계 및 구조세라믹스용, 충진재, 촉매 및 촉매담체 등의 에너지 및 환경세라믹스용, 인공치골, 인공관절 등의 생체세라믹스용 등의 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 및 이로부터 제조된 초미립 이소결성 알루미나에 관한 것이다.
알루미나(Al2O3), 특히 알파 알루미나는 높은 내열성과 내화학성, 내식성, 고강도 등과 같은 우수한 물성을 가져 집적회로(IC) 기판, LCD 또는 PDP용 부품 등의 전자세라믹스용, 분쇄장치, 성형·가공기계 등의 기계 및 구조세라믹스용, 충진재, 촉매 및 촉매담체, 2차 전지 분리막 코팅제 등의 에너지 및 환경세라믹스용, 인공치골, 인공관절 등의 생체세라믹스용 등의 용도로 광범위하게 사용되고 있다.
초미립(즉, 서브 마이크론 크기)의 알루미나 분말은 졸-겔(Sol-Gel)법 또는 기상 열분해법과 같은 제조 공정에 의해 제조되거나, 보오크사이트 광물을 원료로 하여 바이어법(Bayer Process)을 통하여 제조되고 있다. 구체적으로, 바이어법에 따르면, 보오크사이트를 수산화나트륨 용액에 용해시켜 모액을 만들고 이 모액에 수산화알루미늄 시드(seed)를 첨가하여 30 내지 100 ㎛의 수산화알루미늄을 제조한 후 이를 1,200℃ 이상의 고온에서 알파 알루미나로 상전이시키고, 이를 분쇄하여 1.0 ㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조한다(대한민국 특허공개 제10-2007-0013213호 및 제10-2009-0094128호, 및 일본 특허 평8-292914호 참고).
하지만, 30 내지 100 ㎛의 큰 입자를 갖는 수산화알루미늄을 열처리한 후 분쇄 과정을 거쳐 1.0 ㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조하는 경우에는, 큰 입자가 분쇄되면서 발생한 신생면에 의해 표면활성이 증가되어 과립 제조를 위한 스프레이 드라이어 공정 및 슬립 케스팅 공정 시 슬러리의 점도가 증가하게 되고, 이에 따라 흐름성 및 유동성 저하, 고액분리 현상, 입자의 응집 등이 발생하여 공정 운전이 어렵고 품질을 저하시키는 단점이 있다. 따라서, 초미립 알루미나를 제조할 때 발생되는 상술한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 제조방법이 요구된다.
[특허문헌 1] 대한민국 특허공개 제10-2007-0013213호
[특허문헌 2] 대한민국 특허공개 제 10-2009-0094128호
[특허문헌 3] 일본 특허 평8-292914호
따라서, 본 발명의 목적은 입자 크기가 미세하고 균일하며, 입도 분포가 좁고, 슬러리 제조 시 점도가 낮은 초미립 이소결정 알루미나의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 제조방법에 따라 제조된 초미립 이소결정 알루미나, 및 이로부터 소결된 소결체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(1) 수산화알루미늄(Al(OH)3)에 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물을 첨가한 후, 5℃/분 내지 15℃/분으로 승온시켜 1,100℃ 내지 1,400℃에서 열처리하여 저-소다 알루미나를 제조하는 단계;
(2) 상기 단계 1)에서 수득한 저-소다 알루미나를 건식 분쇄하여 평균입도 1.0 ㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조하는 단계;
(3) 상기 단계 2)에서 수득한 초미립 알루미나를 200℃ 내지 1,100℃에서 열처리하여 표면 개질하는 단계; 및
(4) 상기 단계 3)에서 수득한 생성물을 건식 해쇄하는 단계를 포함하는, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 저점도의 초미립 이소결성 알루미나로부터 소결된, 소결체를 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 초미립 이소결성 알루미나는 슬러리 제조시 점도를 저하시키고, 유동성을 향상시키며 입자의 응집도를 최소화함은 물론, 극미량의 소결조제의 첨가와 저온 소결을 통하여 소결밀도가 크고 소결조직이 미세하고 표면이 평평하고 매끄러운 고강도 및 내마모성 세라믹스를 얻을 수 있게 한다. 따라서, 이러한 고강도 및 내마모성 세라믹스는 집적회로 기판, LCD 또는 PDP용 부품 등의 전자세라믹스용, 분쇄장치, 성형·가공기계 등의 기계 및 구조세라믹스용, 충진재, 촉매 및 촉매담체, 2차전지 분리막 코팅제 등의 에너지 및 환경세라믹스용, 인공치골, 인공관절 등 생체세라믹스용 등의 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1 및 2는 각각 본 발명에 따라 제조된 초미립 이소결성 알루미나의 입자 형상 특성 및 입도 분포 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 열처리 온도에 따른 슬러리 제조 시 점도 변화 특성을 나타낸 것이다.
도 4는 열처리 온도에 따른 슬러리 제조 후 유지시간에 따른 점도 변화 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 열처리 온도에 따른 슬러리 제조 시 점도 변화 특성을 나타낸 것이다.
도 4는 열처리 온도에 따른 슬러리 제조 후 유지시간에 따른 점도 변화 특성을 나타낸 것이다.
본 발명은 (1) 수산화알루미늄(Al(OH)3)에 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물을 첨가한 후, 5℃/분 내지 15℃/분으로 승온시켜 1,100℃ 내지 1,400℃에서 열처리하여 저-소다 알루미나를 제조하는 단계; (2) 상기 단계 1)에서 수득한 저-소다 알루미나를 건식 분쇄하여 평균입도 1.0 ㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조하는 단계; (3) 상기 단계 2)에서 수득한 초미립 알루미나를 200℃ 내지 1,100℃에서 열처리하여 표면 개질하는 단계; 및 (4) 상기 단계 3)에서 수득한 생성물을 건식 해쇄하는 단계를 포함하는, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는, 평균입도 20 내지 100 ㎛의 수산화알루미늄을 1,100℃ 내지 1,400℃의 고온에서 열처리하여 알루미나를 제조한다. 이때 상기 열처리 과정에서 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물과 같은 염소 화합물을 첨가하여 반응시킴으로써 수산화알루미늄에 함유되어 있는 소다(Na2O) 성분을 제거한다(단계 1). 이렇게 제조된 저-소다 알루미나를 철저히 건식 분쇄하여 평균입도 1.0㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조한다(단계 2). 상기 분쇄 과정에서는 조대 입자의 분쇄에 의해 생성된 신생면으로 인하여 슬러리 제조 시 점도의 상승, 유동성, 흐름성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 초미립 알루미나를 200℃ 내지 1,100℃에서 열처리함으로써 천이 상태의 결정면을 알파 알루미나 상태의 결정면으로 표면 개질시킨다(단계 3). 이와 같은 열처리 과정에서는 미립의 입자들이 서로 응집에 의해 뭉치는 현상이 발생하는데, 이를 단일 개별 입자로 만들기 위하여 본 발명에서는 건식 해쇄 공정을 수행한다(단계 4). 상기 건식 해쇄 공정은 입자의 응집 현상을 최소화시킬 수 있으므로 슬러리 제조 시 점도, 유동성 및 흐름성을 개선할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 제조방법을 통하여 입자의 크기가 미세하고, 균일하며, 입도 분포가 좁고, 슬러리 제조시 점도가 낮은, 평균입도 약 0.5 ㎛의 초미립 알루미나를 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 제조방법을 단계별로 자세히 설명한다.
단계 1)
본 발명의 방법에서, 단계 1)은 수산화알루미늄에 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물과 같은 염소 함유 화합물을 첨가한 후, 5℃/분 내지 15℃/분으로 승온시켜 1,100℃ 내지 1,400℃에서 열처리하여 저-소다 알루미나를 제조하는 단계이다.
상기 수산화알루미늄은 상업적으로 가장 경제적인 바이어 공정을 통하여 대량 제조되며, 평균 입도 크기는 20 내지 100 ㎛이다. 상기 수산화알루미늄은 순도가 99.5 내지 99.7%일 수 있으며, 이외의 불순물로 소다(Na2O) 0.2 내지 0.5 중량%, SiO2 0.005 내지 0.05중량%, CaO 0.01 내지 0.03중량% 및 Fe2O3 0.005 내지 0.03중량%를 포함할 수 있으며, 수분 함량은 0 내지 10 중량%일 수 있다.
반응 화합물로서, 상기 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물과 같은 염소 함유 화합물은 하기 반응식 1과 같이 불순물인 소다와 반응하여 이를 염화나트륨(NaCl) 형태로 휘발시켜 제거하는 역할을 한다.
[반응식 1]
2Al(OH)3... Na2O + 2NH4Cl → Al2O3 + 2NaCl ↑ + 3H2O ↑ + 2NH3 ↑
2Al(OH)3... Na2O + 2HCl → Al2O3 + 2NaCl ↑ + 3H2O ↑
(상기 식에서, '2Al(OH)3... Na2O'는 (Al(OH)3) 중에 Na2O가 함유되어 있음을 의미한다)
상기 반응 화합물 중 염화암모늄의 투입량은 수산화알루미늄의 총량을 기준으로 1 내지 10중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 염화알루미늄은 수산화알루미늄의 총량을 기준으로 1 내지 5중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 염산(농도 35%)은 수산화알루미늄의 총량을 기준으로 0.5 내지 5중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 염소 가스는 수산화알루미늄의 총량을 기준으로 0.5 내지 3중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 염화암모늄 및 염화알루미늄이 1중량% 미만이거나, 염산이 0.5중량% 미만으로 사용되는 경우 불순물(소다)을 0.1% 이하로 제거하기 어려우며, 반면 염화암모늄 및 염화알루미늄이 10중량%를 초과하거나, 염산이 5중량%를 초과하여 사용되는 경우 불순물(소다) 제거율에 비해 원가가 너무 높아지고, 잔류되는 염소가스로 인하여 환경 및 설비의 부식 문제를 야기시킬 수 있다.
상기 열처리 과정은 소다와 반응 화합물간의 반응을 유도하고, 1차 입자의 성장 방지와 응집 입자의 발생을 최소화하기 위하여 터널 킬른, 로타리 킬른, 셔틀 킬른 및 롤러허스 킬른으로부터 선택되는 정지상 또는 유동상 형태의 소성 퍼니스(Furnace)를 사용하여 1,100℃ 내지 1,400℃에서 30분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 1,100℃ 이상이어야 소다의 제거량이 증가하며 수산화알루미늄이 알루미나로 전이되는 비율이 90% 이상이 될 수 있으며, 열처리 온도가 1400℃ 이하여야, 입자간의 응집 현상이 과도하게 일어나 입도가 커지고, 과소성되어 1차 입자의 크기가 커지는 문제가 발생하는 것을 막을 수 있다.
상기 과정을 통해 불순물로 존재하는 소다(Na2O)가 85% 이상, 바람직하게는 90% 이상 제거될 수 있으며, 이렇게 제조된 저-소다 알루미나의 소다(Na2O) 함량은 0.02 내지 0.05 중량%일 수 있다.
단계 2)
본 발명의 방법에서, 단계 2)는 단계 1)에서 수득한 생성물을 건식 분쇄하여 평균입도 1.0㎛ 이하, 바람직하게는 0.5 내지 1.0 ㎛, 예를 들면 0.4 내지 0.6 ㎛ 의 초미립 알루미나를 제조하는 단계이다.
상기 건식 분쇄는 단계 1)에서 제조된 저-소다 알루미나를 분쇄하기 위한 목적으로 수행되며, 배치식 또는 연속식 형태의 볼밀, 진동밀, 어트리션밀 또는 제트밀을 사용하여 5 내지 24시간, 바람직하게는 8 내지 16시간 동안 수행될 수 있다.
초미립 알루미나는 3.0 ㎛ 이하의 입자를 약 99.5% 이상 관리하여야 하므로, 조대입자를 철저히 분쇄하기 위하여, 배치식 볼밀의 경우 분쇄시간 5 내지 24시간, 회전속도 10 내지 20 rpm, 볼의 크기 5 내지 10 mm 및 볼의 충진량 50 내지 60%의 조건 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
단계 3)
본 발명의 방법에서, 단계 3)은 단계 2)에서 수득한 초미립 알루미나를 저온 열처리하여 표면 개질시키는 단계이다.
상기 단계 2)의 건식 분쇄 과정을 통하여 제조된 초미립 알루미나의 경우, 조대 입자를 분쇄하는 과정에서 새로운 파단면이 발생하고, 이 파단면은 천이상태의 결정면으로 초미립 알루미나를 슬러리화 하였을 경우 슬러리의 점도 증가, 유동성 및 흐름성 저하를 가져올 수 있다. 따라서 본 발명의 단계 3)에서는 상기 신생면을 저온 열처리함으로써 천이상태의 결정면을 알루미나 상태의 결정면으로 전이시키기 위한 목적으로 수행된다.
상기 공정은 배치식 또는 연속식 터널킬린, 셔틀킬린, 로타리 킬린, 롤러허스 킬린 또는 유동층 킬린을 사용하여 200 내지 1,100℃에서 10 내지 180분, 바람직하게는 30 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
단계 4)
본 발명의 방법에서, 단계 4)는 단계 3)에서 수득한 생성물을 건식 해쇄하는 단계이다.
상기 건식 해쇄 공정은 상기 단계 3)에서 수행된 표면 열처리하는 과정에서 발생된 입자의 응집현상으로 인하여 입도가 커지고, 조대 입자가 발생한 것을 건식 해쇄함으로써 단일 입자로 만들기 위한 목적으로 수행된다. 배치식 또는 연속식 형태의 볼밀, 진동밀, 어트리션밀 또는 제트밀 등을 사용하여 5 내지 60분, 바람직하게는 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 진동밀의 경우 볼 10 내지 20 미리(mm)의 볼을 50 내지 70% 충진하고, 5 내지 30분 동안 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 제조방법에 따라 제조된, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나를 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 초미립 이소결성 알루미나는 소다 함량이 0.02 내지 0.05중량%이고, 0.5 내지 1.0 ㎛의 평균 입도를 가지며, 총 중량을 기준으로 83중량%의 양으로 분산제 0.5중량%와 슬러리한 후, 회전형 점도계를 이용하여 100 rpm의 회전 속도로 측정한 점도가 350 내지 650 cps인 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 초미립 이소결성 알루미나를 이용하여 슬러리화할 때 사용되는 상기 분산제는 폴리카르복실산암모늄염, 폴리카르복실산 소다염, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 아민염 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 성분을 사용할 수 있으며, 슬러리 총 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0중량%, 예를 들면 0.5 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 초미립 이소결성 알루미나는 통상의 소결 방식에 따라 소결함으로써 성형밀도 2.2 내지 2.5g/cm3, 소결밀도 3.90 내지 3.95 g/cm3 및 수축율 15 내지 17%의 물성을 갖는 소결체로 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 초미립 이소결성 알루미나로부터 소결된 소결체를 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면, 상업적으로 가장 경제적인 바이어 공정을 통하여 제조되는 수산화알루미늄(20 내지 100 ㎛) 중의 주요 불순물인 소다를 휘발시켜 순도를 올리고, 이를 철저히 분쇄(Super Grinding)하여 1.0 ㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조하고, 이때 발생된 신생면의 열처리 과정을 통하여 천이상태 결정을 가지고 있는 신생면 표면을 알루미나 형태로 전이시키고, 열처리 과정에서 응집된 입자를 단일 입자의 형태로 해쇄함으로써, 슬러리 제조시 점도를 저하시키고, 유동성을 향상시키며 입자의 응집도를 최소화함은 물론, 극미량의 소결조제의 첨가와 저온 소결을 통하여 소결밀도가 크고 소결조직이 미세하고 표면이 평평하고 매끄러운 고강도, 내마모성 세라믹스를 얻을 수 있는 초미립 이소결성 알루미나를 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법에 의해 제조된 초미립 이소결성 알루미나는 집적회로(IC) 기판, LCD 또는 PDP용 부품 등의 전자세라믹스용, 분쇄장치, 성형·가공기계 등의 기계 및 구조세라믹스용, 충진재, 촉매 및 촉매담체, 2차전지 분리막 코팅제 등의 에너지 및 환경세라믹스용, 인공치골, 인공관절 등 생체세라믹스용 등의 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예: 초미립 이소결성 알루미나의 제조
단계 1
일반 수산화알루미늄(성분 함량: Al2O3 99.7%, Na2O 0.25%, CaO 0.01%, SiO2 0.01% 및 Fe2O3 0.01%; 강열감량(LOI, loss on ignition): 34.5%; 수분: 9.0%; 평균 입자크기: 50 ㎛)을 원료로 하여, 반응 화합물로서 염화암모늄을 수산화알루미늄 총량을 기준으로 1.0, 2.0, 4.0, 8.0 및 10.0중량%씩 각각 첨가하여 혼합하였다. 상기 알루미나 내에 함유된 불순물 제거 특성을 살펴보고자, 셔틀 킬른의 소성 퍼니스를 사용하여 분당 5℃씩 가열하여 1,300℃ 및 1,400℃의 소성 온도 하에서 각각 2시간 동안 열처리하였다.
염화암모늄 투입량 및 소성 온도를 달리하여 제조된 알루미나에 포함된 불순물, 즉 Fe2O3, SiO2, Na2O 및 CaO의 함량을 X-선 형광분석기(X-Ray Fluorescence Analyzer(XRF); Shimadzu, 모델명: XRF-1800)를 이용하여 분석하였다. 상기 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 소성조건 | 소성온도 (1,300℃) | 소성온도 (1,400℃) | |||||||
| 불순물 항목 | Fe2O3(%) | SiO2(%) | Na2O(%) | CaO(%) | Fe2O3(%) | SiO2(%) | Na2O(%) | CaO(%) | |
| 염화 암모늄 투입량 (중량%) |
0 | 0.015 | 0.050 | 0.250 | 0.015 | 0.0135 | 0.048 | 0.245 | 0.14 |
| 1 | 0.015 | 0.045 | 0.048 | 0.016 | 0.0133 | 0.050 | 0.042 | 0.015 | |
| 2 | 0.014 | 0.048 | 0.043 | 0.014 | 0.0143 | 0.049 | 0.038 | 0.015 | |
| 4 | 0.013 | 0.050 | 0.036 | 0.015 | 0.0135 | 0.051 | 0.032 | 0.014 | |
| 8 | 0.013 | 0.049 | 0.032 | 0.015 | 0.0153 | 0.050 | 0.030 | 0.015 | |
| 10 | 0.014 | 0.050 | 0.028 | 0.015 | 0.0137 | 0.051 | 0.025 | 0.014 | |
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 염화암모늄의 투입량 및 소성 온도를 변화시킨 결과, 주요 불순물 중 Fe2O3, SiO2 및 CaO의 함량은 크게 변하지 않았다. 그러나, Na2O의 함량은 0.025 내지 0.048 중량%로 나타났으며, 이는 소성 전 소다의 함량(0.250 중량%)과 비교하여 볼 때, 85 내지 91%가 제거되었음을 알 수 있었다.
단계 2
단계 1에서 제조된 저-소다 알루미나를 건식 분쇄하여 초미립 알루미나를 제조하였다. 상기 분쇄는 110리터 규모의 건식 볼밀을 이용하였으며, 알루미나 볼(알루미나 함량: 92%, 지름: ￠20)을 전체 볼밀 부피의 60%로 장입하였다. 여기에 상기 단계 1)에서 염화암모늄 투입량 1중량% 및 소성온도 1,400℃의 조건 하에서 제조된 저-소다 알루미나 12kg을 투입하여 건식 분쇄하였다.
분쇄 시간(6, 8, 10, 12, 14 및 16시간)별 평균입도 변화를 레이저 회절 측정방식인 입도분석기(Micortrac사, 모델명: S3000)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 분쇄시간 (hr) | 평균입도(㎛) |
| 0 | 50 ㎛ |
| 6 | 5.4 ㎛ |
| 8 | 0.79 ㎛ |
| 10 | 0.55 ㎛ |
| 12 | 0.52 ㎛ |
| 14 | 0.49 ㎛ |
| 16 | 0.47 ㎛ |
표 2에서 보는 바와 같이, 분쇄 시간이 증가할수록 평균입도는 급격히 감소하였으며, 12시간 이내에 0.52 ㎛의 평균입도를 나타내었다. 12시간 이후부터는 분쇄 시간이 증가할수록 평균입도의 변화는 미미하게 나타났다.
단계 3
상기 분쇄 과정을 통하여 제조된 초미립 알루미나 중에서 12시간의 분쇄시간을 거쳐 제조한 평균입도 0.52 ㎛의 초미립 알루미나를 선택하여, 슬러리 제조시 흐름성 및 점도 개선을 위하여 열처리 과정을 진행하였다. 열처리는 회전형 연속식 로타리 킬린을 활용하였으며, 열처리 온도(200℃, 400℃, 600℃, 800℃ 및 1,000℃)별 체류 시간은 30분으로 수행하였다.
단계 4
상기 열처리 과정에서 응집된 입자를 해쇄하기 위하여, 진동밀을 활용하여 지름 ￠20의 볼, 충진율 50%, 해쇄 시간 30분의 조건에서 초미립 이소결성 알루미나를 제조하였다.
또한, 상기에서 제조된 초미립 이소결성 알루미나를 활용하여 슬러리 제조 시 점도 특성을 확인하였다. 슬러리 제조시 점도 측정 방식은 브룩필드 회전형 점도계를 사용하였으며, 슬러리 조건은 초미립 이소결성 알루미나 100g, 순수 물 20g 및 분산제로서 폴리카르복실산 암모늄염(한국산노프코, CERASPERSE 5468CF)을 0.5 중량% 혼합하여 충분한 교반한 후 측정을 실시하였다.
하기 표 3에 열처리 온도에 따른 평균입도 변화와 해쇄 후의 평균입도 변화를 나타내었다.
| 열처리온도 | 0 | 200℃ | 400℃ | 600℃ | 800℃ | 1000℃ |
| 열처리후 평균입도(㎛) |
0.52 | 0.55 | 0.65 | 1.36 | 3.46 | 5.48 |
| 해쇄후 평균입도 (㎛) |
0.52 | 0.52 | 0.51 | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
또한, 열처리 온도에 따른 슬러리 제조 시 점도 변화 특성을 도 3 및 표 4에 나타내었으며, 도 4에는 열처리 온도별 슬러리 제조 후 유지시간에 따른 점도 변화 특성을 나타내었다. 점도는 회전형 점도계(Brookfield DV-Ⅱ+pro, spindle No.6)를 이용하여 100rpm 조건 하에서 측정하였다.
| 온도 | 0℃ | 200℃ | 400℃ | 600℃ | 800℃ | 1000℃ |
| 점도 | 1300 | 650 | 560 | 500 | 460 | 350 |
도 3 및 표 4에서 보는 바와 같이, 열처리를 진행하지 않은 경우(0℃)는 초기 점도 1300 cps를 나타내었으며, 이후 열처리 온도가 증가할수록 점도는 급격히 낮아졌으며 400℃ 일 경우 560 cps, 1000℃일 경우 350 cps를 나타내었다.
또한, 도 4에서 보는 바와 같이, 열처리 전과 열처리 후 슬러리의 유지 시간에 따른 점도 변화의 경우 열처리하지 않은 분말의 경우 10시간 이후 층분리가 완전히 일어났으며, 이때 점도는 2,600 cps까지 상승하였다. 반면, 열처리한 시료의 경우 슬러리의 유지 시간이 늘어남에 따라 점도가 소폭 상승하였지만 열처리하지 않은 시료와는 뚜렷한 점도의 차이를 나타내었다. 열처리 온도 600℃에서 30분간 열처리할 경우 500 cps의 점도를 갖는 슬러리를 제조할 수 있었다.
본 발명에 따른 공정을 통하여 제조된 초미립 이소결성 알루미나는, 0.02 내지 0.05 중량%의 저-소다 함량을 갖고, 1.0 ㎛ 이하의 미세한 평균입도를 가지며, 제조된 미립의 분말을 83중량%를 기준으로 슬러리화하였을 때의 점도가 350 내지 650 cps의 물성을 나타낸다. 본 발명에 따라 제조된 초미립 이소결성 알루미나의 입자 형상 특성 및 입도 분포특성을 도 1 및 2에 나타내었다.
한편, 상기 제조된 초미립 이소결성 알루미나를 이용하여 소결체를 제조하였다. 제조된 소결체의 물성을 측정한 결과, 성형밀도 2.2 내지 2.5g/cm3, 소결밀도 3.90 내지 3.95 g/cm3 , 수축율 15 내지 17%의 물성을 나타냄을 알 수 있었다.
이때, 성형밀도는 상기 제조된 초미립 이소결성 알루미나를 바인더에 혼합하지 않고 몰드에 장입한 후 압력 1,000 kgf/cm2으로 압축하여 제조한 성형체의 밀도(부피/질량)를 측정하였고, 소결밀도는 상기에서 성형밀도를 측정한 성형체를 소성 온도 1,600℃에서 유지시간 2시간 동안 소결시켜 제조한 소결체를 KSL 3114 : 2010 방법에 따라 측정하였으며, 수축율은 상기에서 제조한 성형체와 소결체의 부피 수축율을 계산함으로써 측정하였다.
Claims (12)
- (1) 수산화알루미늄(Al(OH)3)에 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산, 염소가스 또는 이의 혼합물을 첨가한 후, 5℃/분 내지 15℃/분으로 승온시켜 1,100℃ 내지 1,400℃에서 열처리하여 0.02 내지 0.05중량%의 소다(Na2O)를 포함하는 저-소다 알루미나를 제조하는 단계;
(2) 상기 단계 1)에서 수득한 저-소다 알루미나를 건식 분쇄하여 평균입도 1.0㎛ 이하의 초미립 알루미나를 제조하는 단계;
(3) 상기 단계 2)에서 수득한 초미립 알루미나를 200℃ 내지 1,100℃에서 열처리하여 표면 개질하는 단계; 및
(4) 상기 단계 3)에서 수득한 생성물을 건식 해쇄하는 단계를 포함하는, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 염화암모늄이 수산화알루미늄의 총량을 기준으로 1 내지 10중량%의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 1)의 열처리 과정이 터널 킬른, 로타리 킬른, 셔틀 킬른 및 롤러허스 킬른으로부터 선택되는 정지상 또는 유동상 형태의 소성 퍼니스(Furnace)를 사용하여 30분 내지 3시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2)의 건식 분쇄가 배치식 또는 연속식 형태의 볼밀, 진동밀, 어트리션밀 또는 제트밀을 사용하여 5 내지 24시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 2)에서 수득한 초미립 알루미나가 0.5 내지 1.0 ㎛의 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는, 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 3)의 열처리 과정이 배치식 또는 연속식 터널킬린, 셔틀킬린, 로타리 킬린, 롤러허스 킬린 또는 유동층 킬린을 사용하여 200℃ 내지 1,100℃에서 10 내지 180분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 4)의 건식 해쇄가 배치식 또는 연속식 형태의 볼밀, 진동밀, 어트리션밀 또는 제트밀을 사용하여 5 내지 60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조방법. - 삭제
- 제1항에 따른 제조방법에 따라 제조된, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나로서, 0.5 내지 1.0 ㎛의 평균 입도를 가지며, 총 중량을 기준으로 83중량%의 양으로 분산제 0.5중량%와 슬러리화한 후, 회전형 점도계를 이용하여 100 rpm의 회전 속도로 측정한 점도가 350 내지 650 cps인 것을 특징으로 하는, 저점도의 초미립 이소결성 알루미나.
- 제10항에 있어서,
상기 분산제가 폴리카르복실산암모늄염, 폴리카르복실산 소다염, 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 아민염 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 초미립 이소결성 알루미나. - 제10항의 저점도의 초미립 이소결성 알루미나로부터 소결된, 성형밀도 2.2 내지 2.5g/cm3, 소결밀도 3.90 내지 3.95 g/cm3, 및 수축율 15 내지 17%의 물성을 갖는 소결체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130164320A KR101643361B1 (ko) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130164320A KR101643361B1 (ko) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150076379A KR20150076379A (ko) | 2015-07-07 |
| KR101643361B1 true KR101643361B1 (ko) | 2016-07-28 |
Family
ID=53789329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130164320A KR101643361B1 (ko) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101643361B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102497278B1 (ko) * | 2022-11-02 | 2023-02-08 | 주식회사 씨아이에스케미칼 | 슈도-뵈마이트와 염화물계 첨가제를 이용한 고순도 알루미나의 제조방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3087403B2 (ja) * | 1991-08-07 | 2000-09-11 | 日本軽金属株式会社 | 球状アルミナの製造方法 |
| JPH08292914A (ja) | 1995-04-24 | 1996-11-05 | Canon Inc | データ処理装置及びその方法 |
| TW200710038A (en) | 2005-07-25 | 2007-03-16 | Sumitomo Chemical Co | Fine αl-alumina particle |
| JP4997953B2 (ja) | 2006-12-15 | 2012-08-15 | 日本軽金属株式会社 | 高純度α−アルミナの製造方法 |
-
2013
- 2013-12-26 KR KR1020130164320A patent/KR101643361B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150076379A (ko) | 2015-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2019521071A (ja) | ジオポリマー又はジオポリマー複合材の製造方法 | |
| CN108002721A (zh) | 一种煤矸石活化制备高活性胶凝材料的方法 | |
| US20150315442A1 (en) | Production Method of a Novel Polishing Alumina | |
| KR100453802B1 (ko) | 세륨계 연마제, 그 원료물질 및 그 제조방법 | |
| JP2638890B2 (ja) | 易解砕性アルミナの製造方法 | |
| JPH04500947A (ja) | 小さなα―アルミナ粒子及び板状子 | |
| JP6676479B2 (ja) | 六方晶窒化ホウ素粉末及びその製造方法 | |
| CN107500788A (zh) | 一种隔热耐火砖及其制备方法 | |
| JP7241247B2 (ja) | 六方晶窒化ホウ素粉末、及び、窒化ホウ素焼結体の製造方法 | |
| JP4920141B2 (ja) | アルミナ粒子及びその製造方法 | |
| CN101139468B (zh) | 丁基胶塞用煅烧高岭土的制备工艺 | |
| KR20180105223A (ko) | 결정 실리카 입자 재료 및 그 제조 방법 그리고 결정 실리카 입자 재료 함유 슬러리 조성물, 결정 실리카 입자 재료 함유 수지 조성물 | |
| KR101643361B1 (ko) | 저점도 특성을 갖는 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 | |
| JP2019210166A (ja) | 低ソーダα−アルミナ粉体及びその製造方法 | |
| JPH0432004B2 (ko) | ||
| Gürel et al. | Reactive alumina production for the refractory industry | |
| JP6056716B2 (ja) | 造粒体、その製造方法およびガラス物品の製造方法 | |
| KR101442193B1 (ko) | 초미립 이소결성 알루미나의 제조 방법 | |
| WO1999008962A1 (en) | WET MILLING OF Mg(OH)2 SLURRY | |
| JP2624069B2 (ja) | 球状コランダム粒子 | |
| US3336108A (en) | Mullite production | |
| CN115536377A (zh) | 一种黑滑石矿质微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| KR101694975B1 (ko) | 저온소결성 알루미나 및 저소다 알루미나의 제조방법 | |
| CN112300776B (zh) | 一种以刚玉-钙长石为主晶相的压裂支撑剂及制备方法 | |
| KR102497278B1 (ko) | 슈도-뵈마이트와 염화물계 첨가제를 이용한 고순도 알루미나의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190605 Year of fee payment: 4 |