KR20240030171A - 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조방법은 (1) 입경 8~12㎛의 수산화알루미늄과, 결정성장 조절제, 광화제, 융제 및, 순수를 함께 투입하여 혼합하는 습식 슬러리 제조 단계와; (2) 단계 (1)에서 얻은 슬러리를 5~15℃/min로 승온하여 600~780℃에서 1~2시간 동안 유지한 후, 1050~1150℃에서 40~80분간 열처리하는 열처리 단계와; (3) 소성물을 파쇄하고 용해시킨 후, 산세척 후 중화시키고, 100~150mesh 망을 이용하여 여과하고 건조시킨 후 해쇄하는 후처리 단계를 포함하며, 본발명의 제조방법에 따르면 내열성이 우수하고 불연성이며 고온에서의 기계적 특성이 우수하고 화학적 안정성이 높으며 열충격 저항성이 우수하여 고온에서의 방열소재의 필러나 고기능성 복합재료, 또는 알루미나 섬유나 인조광물 섬유의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 침상 또는 막대상 알파 알루미나를 수열 합성법이나 졸-겔법이 아닌 작업조건은 까다로우나 초기투자비가 적게 들고 대량생산에 유리한 플럭스법에 의해 판상 알파 알루미나의 생성 및 성장은 효과적으로 억제하면서 침상 알파 알루미나를 순도 높게 효율적으로 제조할 수가 있다.
Description
본 발명은 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 내열성이 우수하고 불연성이며 고온에서의 기계적 특성이 우수하고 화학적 안정성이 높으며 열충격 저항성이 우수하여 고온에서의 방열소재의 필러나 고기능성 복합재료, 또는 알루미나 섬유나 인조광물 섬유(MMMF :Man Made Mineral Fibers)의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 침상 또는 막대상 알파 알루미나를 수열 합성법이나 졸-겔법이 아닌 작업조건은 까다로우나 초기투자비가 적게 들고 대량생산에 유리한 플럭스(flux)법(고온 융제법)에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법에 관한 것이다.
알루미나는 χ, ρ, η, γ, δ, θ, β, α 등의 천이알루미나와 Al(OH)3, AlOOH(Boehmite) 등의 수산화알루미늄을 포함한다.
일반적으로 화인세라믹스 또는 알루미나 세라믹스라고 칭하여지는 기능성 알루미나는 1600℃ 정도 고온에서의 안정한 내열성, 내마모성, 반도성, 절연성, 압전성, 유전성, 광투과성, 30~1000Å 사이의 미세기공을 가지는 기공성, 100~500㎡/g의 비표면적, 우수한 흡착성 등의 특성을 가진다.
이러한 특성으로 인해 기능성 알루미나, 특히 α-Al2O3는 내식 내마모성 자기, 애자, 스파크 플러그, 연마재, 초자원료, 수지 필러, 탈수제, 탈색제, 크로마토그래피용 흡착제, 집적 회로기판, LCD 또는 PDP 부품용 전자세라믹스, 자동차엔진과 같은 기계구조용 세라믹스, 촉매 및 촉매담체, 이차전지 분리막 코팅제, 인공치골이나 인공관절 등의 생체 세라믹스 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
근래 들어서는 가공기술의 발달로 알루미나 섬유, 알루미나 바이트, 투명 알루미나, 다공성을 이용한 전기, 광학, 자성, 윤활, 촉매, 인쇄, 습기 조절 등 다양한 기능적 용도가 확인되고 있어 알루미나의 제조방법과 그에 따라 제조된 알루미나의 특성 등에 관한 연구는 향후 무한한 가능성과 가치창조가 있을 것으로 기대되고 있다.
일반적으로, 알루미나 분말은 졸-겔법, 기상 열분해법, 알루미늄 알콕시화물의 가수분해법, 수열합성법, 또는 보오크사이트 광물을 원료로 하는 바이어 공정(bayer process)을 통하여 제조되며, 이중에서 상업적으로 널리 사용되는 바이어 공정은 보오크사이트를 수산화나트륨 용액에 용해시켜 모액을 만들고, 이 모액에 수산화알루미늄 시드(seed)를 첨가하여 30~100 ㎛의 수산화알루미늄을 제조한 후 이를 1,200℃ 이상의 고온에서 알파-알루미나로 상 전이시키고, 이를 분쇄하여 알루미나를 제조한다.
일본 특개2003-54941호(2003.02.26. 공개)는 마그네슘의 프로피온산염 또는 황산염과, 수산화알루미늄의 혼합 비율을 1:1~1:4로 하고, 물의 존재하에 가압 상태로 하고, 180~250℃의 온도에서 수열 합성하는 것에 의해 얻어지는 침상을 이루며 평균 입자 길이가 1~10㎛, 아스트랄비가 40~70이고, 탈수 흡열온도가 400~470℃인 것을 특징으로 하는 침상 보헤마이트와, 이를 필러로써 포함하는 수지 조성물을 제안하고 있다.
그러나 상기한 수열 합성법을 이용하는 종래 기술은 오토클레이브 중에서의 물의 존재 하에 고온 가압 조건을 적용하여야 하므로 초기 설치비가 많이 들고 대량 생산에 적합하지 못하다는 단점이 있으며, 더욱이 상기 종래기술은 수지 조성물용 필러에 대한 것이다.
한편, 본 발명자에 의한 등록특허공보 제10-1551616호(2015.09.03. 등록)는 알루미늄염 1몰에, 제1인산나트륨 0.0065~0.0105몰, 황산나트륨 0.5~0.8몰, 불화알루미늄 0.02~0.04몰, 불화나트륨 0.3~0.5몰, 황산마그네슘 0.00001~0.00002몰을 혼합한 후, 250~350℃/hr의 승온 속도로 1120~1180℃까지 가열하고 6~10hr 유지한 후, 실온까지 노냉하여 소성한 다음, 파쇄 후 물에 용해시키고, 소편상 알루미나의 분리를 위하여 표면적 부하 9~15m3 /m2 hr로 침전시켜 분급하고, 50~80℃에서 산처리한 후 중화시키고 여과하여 건조시키는 플럭스법에 의한 소편상 알루미나의 제조방법을 제안하고 있으나, 이는 평균 입도가 30~32㎛로써 침상이 아닌 판상의 안료용에 관한 것이다.
또한 본 발명자에 의한 등록특허공보 제10-2424492호(2022.07.20. 등록)는 Al(NO3)3·9H2O에 에틸알코올을 넣은 후 교반하여 용해시키고, d-HCl로 pH를 0.2~1.0으로 조정하는 질산알루미늄 용액을 제조한 다음, 암모니아수에 에틸알코올을 넣은 후 뚜껑을 닫고 서서히 저어준 후, 상기한 질산알루미늄 용액에 암모니아수와 에틸알코올의 혼합액을 투입하고 400~600rpm으로 교반하면서 pH가 6~7이 될 때까지 200~300min 동안 반응시키고 형성된 반응물을 건조시켜 보헤마이트(Boehmite)를 제조한 후, 건조된 보헤마이트에, AlF3 또는 ZnF2와, 에틸알코올을 넣고 볼밀로 18~30시간 밀링한 후, 도가니에 넣고 980~1050℃에서 10~30분간 소성한 다음, 습식 해쇄하여 평균입경 220~340nm이고 평균두께 40~80nm의 나노 알루미나의 플럭스법에 의한 제조방법을 제시하고 있으나, 이 역시 판상 알루미나에 대한 것으로서 이차전지 분리막 코팅제로서의 적용에 대한 것이다.
본 발명의 첫 번째 목적은 내열성이 우수하고 불연성이며 고온에서의 기계적 특성이 우수하고 화학적 안정성이 높으며 열충격 저항성이 우수하여 고온에서의 방열 소재의 필러나 고기능성 복합재료, 또는 알루미나 섬유나 인조광물 섬유의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 침상 또는 막대상 알파 알루미나를 제조함에 있어 판상 알파 알루미나의 생성 및 성장은 효과적으로 억제함으로써 순도 높고 양호한 분산성을 가지는 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 효율적인 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 제조 조건은 까다롭지만 초기 설비 투자비가 상대적으로 적고 대량생산에 유리한 플럭스법을 이용한 침상 알파 알루미나의 효과적인 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 제반 목적은, (1) 수산화알루미늄과, 결정성장 조절제, 광화제, 융제 및, 순수를 함께 투입하여 혼합하는 습식 슬러리 제조 단계와; (2) 단계 (1)에서 얻은 슬러리를 5~15℃/min로 승온하여 600~780℃에서 1~2시간 동안 유지한 후, 1050~1150℃에서 40~80분간 열처리하는 열처리 단계와; (3) 소성물을 파쇄하고 용해시킨 후, 산세척 후 중화시키고, 100~150mesh 망을 이용하여 여과하고 건조시킨 후 해쇄하는 후처리 단계를 포함하는 침상 알파 알루미나의 제조방법에 의해 원활히 달성될 수 있다.
여기서, 결정성장 조절제로는 붕산(H3BO3)을, 광화제로는 AlF3를, 융제로서는 Na2SO4를 사용할 수 있다.
또한 혼합비는 수산화알루미늄 100중량부에 대하여, 결정성장 조절제 3~15중량부, 광화제 0.2~1.5중량부, 융제 80~300중량부 및, 순수 5~20중량부이다.
위에서 제조되는 침상 알파 알루미나의 순도는 96~99%이다.
또한 상기한 침상 알파 알루미나는 길이 5~10㎛, 각형비 7~20의 범위이다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 내열성이 우수하고 불연성이며 고온에서의 기계적 특성이 우수하고 화학적 안정성이 높으며 열충격 저항성이 우수하여 고온에서의 방열 소재의 필러나 고기능성 복합재료, 또는 알루미나 섬유나 인조광물 섬유의 제조에 유용하게 사용될 수 있는 침상 또는 막대상 알파 알루미나를 수열 합성법이나 졸-겔법이 아닌 작업조건은 까다로우나 초기투자비가 적게 들고 대량생산에 유리한 플럭스법을 적용하되 판상 알파 알루미나의 생성 및 성장은 효과적으로 억제하면서, 길이 5~10㎛, 각형비 7~20인 침상 알파 알루미나를 효율적으로 제조할 수가 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조한 침상 알파 알루미나의 길이 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 침상 알파 알루미나의 너비 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)이다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 침상 알파 알루미나의 길이 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 5는 실시예 2에서 제조한 침상 알파 알루미나의 너비 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 6은 실시예 2에서 제조한 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)이다.
도 7은 실시예 3에서 제조한 침상 알파 알루미나의 길이 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 8은 실시예 3에서 제조한 침상 알파 알루미나의 너비 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 9는 실시예 3에서 제조한 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)이다.
도 10은 비교예 1에서 제조한 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 11은 비교예 2에서 제조한 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 침상 알파 알루미나의 너비 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)이다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 침상 알파 알루미나의 길이 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 5는 실시예 2에서 제조한 침상 알파 알루미나의 너비 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 6은 실시예 2에서 제조한 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)이다.
도 7은 실시예 3에서 제조한 침상 알파 알루미나의 길이 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 8은 실시예 3에서 제조한 침상 알파 알루미나의 너비 측정 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 9는 실시예 3에서 제조한 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)이다.
도 10은 비교예 1에서 제조한 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 11은 비교예 2에서 제조한 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM)사진이다.
이하, 본 발명에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
침상(needle) 혹은 막대(rod)상 α-알루미나 또는 보헤마이트는 고온에서의 기계적 특성이나 화학적 안정성이 높아 열충격 저항성이 우수하여 고온에서의 방열 소재의 필러나 고기능성 복합재료 등으로 사용되고 있음은 물론, 불연성이고 내열성이 우수하여 알루미나 섬유의 원료로 사용되며 SiO2 등과 혼합하여 다양한 인조광물 섬유에 사용되어 각종 경량 고온 단열재는 물론이고, 특히 1500℃ 이상의 고온 단열제로 적용되어 제철소나 세라믹 산업 분야, 그리고 자동차 배기가스 처리장치인 허니컴 등의 고온에 의한 파손을 방지용 등으로 사용되고 있다.
일반적으로 침상 알루미나나 침상 보헤마이트는 수열합성법이나 졸-겔 법을 이용하여 제조되고 있으나, 본 발명은 제조 조건의 최적화는 쉽지 않지만 초기투자비가 상대적으로 적게 들고 대량생산이 유리한 플럭스(flux)법을 사용하되, 통상적인 플럭스법에 의하면 판상 알파 알루미나의 성장이 억제되지 않아 순도 높은 침상 알파 알루미나의 제조는 가능하지 않다.
본 발명자는 수 많은 시간과 노력을 들여 연구와 시험을 거듭한 결과, 플럭스법에 의한 순도 높은 침상 알파 알루미나의 제조를 위해서는 (1) 합성 레시피와 (2) 열처리 과정이 매우 중요한 요인임을 확인하고 이에 기초하여 본 발명을 완성하기에 이르른 것이다.
상기한 (1) 합성 레시피는 Al원으로는 Al(OH)3, 결정성장 조절제로는 붕산(H3BO3), 광화제로는 AlF3, 융제로서는 Na2SO4, 그리고 순수(pure water)를 혼합하는 것이다.
또한, 상기한 (2) 열처리 과정 또한 침상형을 성장시키는 매우 중요한 요소이다.
일반적인 열처리를 하면, 침상과 판상 알파 알루미나가 동시에 형성되며, 그 이유는 AlF3, NH4F, HF 등의 광화제를 사용하면 열처리 과정 중에 약 800℃ 부근에서 전이 알루미나 파우더와 반응하여 판상 α-Al2O3가 형성되기 때문이다.
따라서 판상 알파 알루미나 생성을 억제하고 침상 알파 알루미나를 형성하기 위해서는 800℃ 이하에서 광화제로 인한 판상 알파 알루미나 성장을 억제하는 것이 매우 중요하다.
본 발명에 있어서는 이를 달성하기 전략으로서 하기의 반응식 1의 식(1)에 나타낸 바와 같이 광화제로 사용되는 AlF3를 전이 알루미나가 판상 알루미나로 형성되기 전에 미리 물과 충분히 반응시켜 AlF3를 Al2O의 형태로 변환시켜 판상 α-Al2O3의 형성을 제어한 뒤 식(2), (3)과 같이 침상형의 α-Al2O3를 형성시킨다.
[반응식 1]
2AlF3 + 3H2O ⇔ Al2O + 6HF + O2
(1)
3Al2O ⇔ Al2O3 + 4Al
(2)
Al2O + 2H2O ⇔ Al2O3+ 2H2
(3)
본 발명에 따른 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1) 습식 슬러리 제조 단계:
수산화알루미늄(예컨대, 입경 8~12㎛)과, 결정성장 조절제, 광화제, 융제 및, 순수를 함께 투입하여 습식 혼합한다.
여기서, 결정성장 조절제로서는 붕산(H3BO3), 광화제로서는 AlF3, 융제로서는 융제로서는 Na2SO4를 사용하는 것이 바람직하며, 그 혼합량은 수산화알루미늄 100중량부에 대하여, 결정성장 조절제 3~15중량부, 광화제 0.2~1.5중량부, 융제 80~300중량부 및, 순수 5~20중량부이다.
여기서, 순수의 첨가량이 5중량부 미만에서는 판상 알파 알루미나의 성장을 충분히 억제시키지 못하게 될 우려가 있으며, 역으로 20중량부를 초과하면 오히려 침상 알파 알루미나의 성장에 정애가 될 우려가 있다.
(2) 2단 열처리 단계:
단계 (1)에서 얻은 슬러리를 전기로에서 5~15℃/min로 승온하여 600~780℃, 바람직하게는 700~780℃에서 1~2시간 동안 유지하는 1단계 열처리후, 1050~1150℃에서 40~80분간, 바람직하게는 50~70분간 2단계 열처리하여 소성한다.
상기한 1단계 열처리 온도가 600℃ 미만이거나 1시간 미만인 경우에는 판상 알파 알루미나의 형성 제어가 충분치 못할 우려가 있으며, 역으로 780℃를 초과하면 판상 알파 알루미나의 성장을 억제하지 못하게 될 우려가 있고, 2시간을 초과하더라도 그에 따른 상승 효과는 적고 에너지 비용이 커져 경제적이지 못하다.
(3) 후처리 단계:
후처리 단계는 알파 알루미나의 제조에 통상적으로 관용되는 방법을 이용하여, 소성물을 파쇄하고 용해시킨 후, 산세척 후 중화시키고, 100~150mesh 망을 이용하여 여과하고 건조시킨 후 해쇄한다.
최종적으로 제조되는 침상 알파 알루미나의 순도는 96~99%이며, 얻어지는 침상 알파 알루미나는 분산성이 양호한 상태로서, 길이는 5~10㎛이고, 폭은 600~990nm이며, 각형비는 5~30, 바람직하게는 7~20이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 설명하기로 하나 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예 사용된 시료 및 장치는 다음과 같다.
Al(OH)3, Na2SO4, AlF3, H3BO3, Ehtyl Alcohol, d-HCl, Pure water(PW)
알루미나 도가니, 전기로, 용해 및 여과 및 건조장치, 해쇄장치
실시예 1:
수산화알루미늄 100중량부에 대하여, AlF3 0.2중량부, 붕산 5중량부, Na2SO4 100 중량부, 그리고 순수 5중량부를 투입하여 함께 혼합한 뒤 알루미나 도가니에 충진하고 분당 10℃의 승온 속도로 780℃까지 올린 뒤 2시간 유지하고 다시 1050℃로 올려서 1시간 동안 열처리를 하였다.
그 후 소성물을 파쇄한 뒤 용해를 거친 후 산세척을 하고 중화 및 150mesh 망으로 여과한 뒤 에틸알코올로 여과한 후 110℃에서 건조하였다.
얻어진 침상 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 1 및 도 2에, 그리고 얻어진 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)(Assay(XRF) : 96.9 )를 도 3에 각각 나타냈다.
실시예 2:
수산화알루미늄 100중량부에 대하여, AlF3 0.5중량부, 붕산 5중량부, Na2SO4 150 중량부, 그리고 순수 10중량부를 투입하여 함께 혼합한 뒤 알루미나 도가니에 충진하고 분당 10℃의 승온 속도로 700℃까지 올린 뒤 1.5시간 유지하고 다시 1050℃로 올려서 1시간 동안 열처리를 하였다.
그 후 소성물을 파쇄한 뒤 용해를 거친 후 산세척을 하고 중화 및 100mesh 망으로 여과한 뒤 에틸알코올로 여과한 후 120℃에서 건조하였다.
얻어진 침상 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 4 및 도 5에, 그리고 얻어진 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)(Assay(XRF) : 98.8)를 도 6에 각각 나타냈다.
실시예 3:
수산화알루미늄 100중량부에 대하여, AlF3 1.0중량부, 붕산 15중량부, Na2SO4 150 중량부, 그리고 순수 10중량부를 투입하여 함께 혼합한 뒤 알루미나 도가니에 충진하고 분당 10℃의 승온 속도로 650℃까지 올린 뒤 2시간 유지하고, 다시 1050℃로 올려서 1시간 동안 열처리를 하였다.
그 후 소성물을 파쇄한 뒤 용해를 거친 후 산세척을 하고 중화 및 150mesh 망으로 여과한 뒤 에틸알코올로 여과한 후 110℃에서 건조하였다.
얻어진 침상 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 7 및 도 8에, 그리고 얻어진 침상 알파 알루미나의 순도를 확인할 수 있는 X선 형광 스펙트로스코피(XRF)(Assay(XRF) : 98.8)를 도 9에 각각 나타냈다.
상기한 실시예 1 내지 3에서 얻어진 침상 알파 알루미나의 치수와 각형비를 하기의 표 1에 나타낸다.
| 길이(㎛) | 너비(nm) | Z | |
| 실험예1 | 5.9 | 834 | 7.07 |
| 7.8 | 993 | 7.85 | |
| 9.3 | 513 | 18.13 | |
| 9.8 | 948 | 10.34 | |
| 9 | 537 | 16.76 | |
| 실험예2 | 6.4 | 513 | 12.48 |
| 10.7 | 807 | 13.26 | |
| 9.9 | 859 | 11.53 | |
| 9.2 | 646 | 14.24 | |
| 9.8 | 722 | 13.57 | |
| 실험예3 | 10.0 | 684 | 14.62 |
| 10.7 | 816 | 13.11 | |
| 8.5 | 849 | 10.01 | |
| 5.7 | 780 | 7.31 | |
| 9.5 | 537 | 17.69 | |
| 평균 | 12.53 | ||
비교예 1:
수산화알루미늄 100중량부에 대하여, 순수를 첨가하는 일 없이, AlF3 0.5중량부, Na2SO4 100 중량부, 그리고 붕산 7중량부를 투입하고 함께 혼합한 뒤 알루미나 도가니에 충진하고 분당 10℃의 승온 속도로 750℃에서 1시간 유지한 뒤 1100℃로 1시간 동안 열처리를 하였다.
그 후 소성물을 파쇄한 뒤 용해를 거친 후 산세척을 하고 중화 및 100mesh 망으로 여과한 뒤 에틸알코올로 여과한 후 건조하였다.
얻어진 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 10에 나타냈다.
도 10으로부터 확인되는 바와 같이, 순수를 첨가하지 않음으로 인하여 판상 알파 알루미나의 성장이 억제되지 않아 다수의 판상 알루미나가 형성되어 혼재되어 있음을 확인할 수 있었다.
비교예 2:
수산화알루미늄 100중량부에 대하여, AlF3 0.5중량부, 붕산 5중량부, Na2SO4 150 중량부, 그리고 순수 10중량부를 투입하고 함께 혼합한 뒤 알루미나 도가니에 충진하고 분당 10℃의 승온 속도로 1050℃까지 올려 1시간 동안 열처리를 하였다.
그 후 소성물을 파쇄한 뒤 용해를 거친 후 산세척을 하고 중화 및 150mesh 망으로 여과한 뒤 에틸알코올로 여과한 후 건조하였다.
얻어진 알파 알루미나의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 11에 나타냈다.
도 11로부터 확인되는 바와 같이, 800℃ 이하에서 광화제로 인한 판상 알파 알루미나의 성장이 억제되지 않아 다수의 판상 알루미나가 형성되어 혼재되어 있음을 확인할 수 있었다.
Claims (5)
- (1) 수산화알루미늄과, 결정성장 조절제, 광화제, 융제 및, 순수를 함께 투입하여 혼합하는 습식 슬러리 제조 단계와;
(2) 단계 (1)에서 얻은 슬러리를 5~15℃/min로 승온하여 600~780℃에서 1~2시간 동안 유지한 후, 1050~1150℃에서 40~80분간 열처리하는 열처리 단계와;
(3) 소성물을 파쇄하고 용해시킨 후, 산세척 후 중화시키고, 100~150mesh 망을 이용하여 여과하고 건조시킨 후 해쇄하는 후처리 단계를 포함하는
플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법. - 제1항에 있어서, 결정성장 조절제로 붕산(H3BO3)을, 광화제로 AlF3, 융제로 Na2SO4를 사용하는 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 수산화알루미늄 100중량부에 대하여, 결정성장 조절제 3~15중량부, 광화제 0.2~1.5중량부, 융제 80~300중량부 및, 순수 5~20중량부를 혼합하는 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 제조된 침상 알파 알루미나의 순도가 96~99%인 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기한 침상 알파 알루미나가 길이 5~10㎛이고, 각형비는 7~20인 플럭스법에 의한 침상 알파 알루미나의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2003054941A (ja) | 2001-08-08 | 2003-02-26 | Gifu Prefecture | 針状ベーマイト及び針状アルミナ並びにそれらを含有する樹脂組成物 |
| KR101551616B1 (ko) | 2013-11-13 | 2015-09-09 | 이상봉 | 소편상 알루미나의 제조방법 |
| KR102424492B1 (ko) | 2020-07-31 | 2022-07-25 | (주)아라미스 | 나노 판상 알루미나의 제조방법 |
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- 2022-08-30 KR KR1020220108862A patent/KR20240030171A/ko not_active Application Discontinuation
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| JP2003054941A (ja) | 2001-08-08 | 2003-02-26 | Gifu Prefecture | 針状ベーマイト及び針状アルミナ並びにそれらを含有する樹脂組成物 |
| KR101551616B1 (ko) | 2013-11-13 | 2015-09-09 | 이상봉 | 소편상 알루미나의 제조방법 |
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