PL175195B1 - alfa-Tlenek glinowy - Google Patents

Abstract

1. a-Tlenek glinowy skladajacy sie z pojedynczych krystalicznych czastek a-tlenku glinowego, znamienny tym, ze sa one jednorodne, maja ksztalt okta- lub wyzej poliedryczny, maja stosunek D/H od 1 do 2, w którym D oznacza maksymalna srednice czastki równolegla do heksagonalnej plaszczyzny sieciowanej heksagonalnie scisle upakowanej sieci tych cza- stek, a H oznacza srednice prostopadla do sieciowanej plaszczyzny heksagonalnej, maja liczbowo srednia srednice czastki wieksza niz 5 µm i nie wieksza niz 30 µm. P L 175195 B 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest α-tlenek glinowy składający się z pojedynczych krystalicznych cząstek α-tlenku glinowego, charakteryzujących się tym, że są one jednorodne, mają kształt okta- lub wyżej poliedryczny, mają stosunek D/H od 1 do 2, w którym D oznacza maksymalną średnicę cząstki równoległą do heksagonalnej płaszczyzny sieciowanej heksagonalnie ściśle upakowanej sieci tych cząstek, a H oznacza średnicę prostopadłą do sieciowanej płaszczyzny heksagonalnej, mają liczbowo średnią średnicę cząstki większą niż 5 gm i nie większą niż 30 gm, przy czym pojedyncze krystaliczne cząstki α-tlenku glinowego mają korzystnie taki rozkład wielkości cząstek, iż stosunek D90/D10 jest nie większy niż 10,w którym D10 i D90 oznaczają, odpowiednio, skumulowaną 10% średnicę i skumulowaną 90% średnicę skumulowanego rozkładu przedstawionego od strony małej średnicy.

Rysunek 1 przedstawia fotografię ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) (powiększenie 930) pokazującą jednorodny kształt α-tlenku glinowego otrzymanego w przykładzie 1; rys. 2 - fotografię ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) (powiększenie 930) przedstawiającą jednorodny kształt α-tlenku glinowego otrzymanego w przykładzie 2; rys. 3 rozkład według wielkości cząstek α-tlenku glinowego otrzymanego w przykładzie 2; rys. 4 fotografię z SEM (powiększenie 930) przedstawiającą jednorodny kształt α-tlenku glinowego otrzymanego w przykładzie porównawczym 1; rys. 5 - fotografię z SEM (powiększenie 1900) pokazującą jednorodny kształt α-tlenku glinowego otrzymanego w przykładzie porównawczym 2; rys. 6 pokazuje pokrój kryształu monokryształu α-tlenku glinowego.

Obecny wynalazek jest szczegółowo opisany poniżej.

α-Tlenek glinowy według wynalazku można wytwarzać z przejściowego tlenku glinowego lub surowca zdolnego do konwersji w przejściowy tlenek glinowy pod wpływem ogrzewania. Pod określeniem przejściowy tlenek glinowy rozumie się wszystkie fazy krystaliczne tlenku glinowego wchodzące w skład polimorficznego tlenku glinowego reprezentowanego wzorem AI2O3, z wyjątkiem α-tlenku glinowego, włączając szczególnie y-tlenek glinowy, δ-tlenek glinowy, θ-tlenek glinowy i tak dalej.

Surowcem który jest przekształcany w przejściowy tlenek glinowy pod wpływem ogrzewania są te materiały, które najpierw przekształcone są w przejściowy tlenek glinowy, a następnie w α-tlenek glinowy przez kalcynację, takie, jak wodorotlenek glinowy, siarczan glinowy, ałun, na przykład siarczan glinowo potasowy, siarczan glinowo amonowy, wodorotlenek węglan glinowo amonowy i żel glinowy, na przykład żel glinowy otrzymany przez utlenienie glinu w wyniku wyładowań elektrycznych w wodzie.

Nie ma szczególnych ograniczeń jeśli chodzi o metody syntezy przejściowego tlenku glinowego i surowego materiału konwertowanego w przejściowy tlenek glinowy drogą ogrzewania. Na przykład, wodorotlenek glinowy można otrzymać sposobem Bayera, hydrolizując związek glinoorganiczny lub w procesie, w którym używa się jako surowiec związek glinowy odzyskany ze ścieku trawiennego używanego do skruberów, i tak dalej.

tlenek glinowy można otrzymać przez obróbkę cieplną wodorotlenku glinowego, rozkład siarczanu glinowego, rozkład ałunu, rozkład chlorku glinowego w fazie parowej lub rozkład węglanu amonowo-glinowego.

Przejściowy tlenek glinowy albo surowiec skonwertowany w przejściowy tlenek glinowy drogą ogrzewania kalcynuje się w atmosferze zawierającej przynajmniej 1% objętościowy, korzystnie przynajmniej 5% objętościowych, a jeszcze korzystniej przynajmniej 10% objętościowych, gazowego chlorowodoru. Gazami do rozcieńczenia gazowego chlorowodoru są gazy obojętne, na przykład azot albo argon, wodór i powietrze. Nie ma specjalnego ograniczenia, jeśli chodzi o ciśnienie atmosfery zawierającej chlorowodór i wybiera się go w zakresie stosowanym w praktyce przemysłowej. α-Tlenek glinowy w formie proszku, o doskonałych, pożądanych własnościach można w ten sposób otrzymać drogą kalcynacji w stosunkowo niskiej temperaturze, jak opisano poniżej.

Gazowy chlorowodór można zastąpić mieszanym gazem chloru i pary wodnej. W tym przypadku, przejściowy tlenek glinowy lub surowiec konwertowany w przejściowy tlenek glinowy pod wpływem ogrzewania konwertuje się w atmosferze, w której znajduje się przynajmniej 1% objętościowy, korzystnie 5% objętościowych a jeszcze korzystniej 10% objętościowych gazowego chloru i przynajmniej 0,1% objętościowy, korzystnie przynajmniej 1% objętościowy, a jeszcze korzystniej 5% objętościowych pary wodnej. Gazami do rozcieńczenia mieszanego gazu złożonego z chloru i pary wodnej są gazy obojętne, na przykład azot i argon, wodór i powietrze. Nie ma specjalnego ograniczenia, jeśli chodzi o ciśnienie atmosfery zawierającej chlor i parę wodną i wybiera się je w zakresie stosowanym w praktyce przemysłowej. α-Tlenek glinowy w formie proszku można w ten sposób otrzymać drogą kalcynacji w stosunkowo niskiej temperaturze, jak opisano poniżej.

Temperatura kalcynacji generalnie wynosi 600°C albo wyżej, korzystnie od 600°C do 1400°C, a jeszcze korzystniej od 700 do 1300°C, a najkorzystniej od 800 do 1200°C. Prowadząc kalcynację w temperaturze regulowanej w tym zakresie otrzymany α-tlenek glinowy w formie proszku, zawierający monokrystaliczne cząstki α-tlenku glinowego, które są prawie nie zaglomerowane i nawet, natychmiast po kalcynacji, wykazują wąski rozkład według wielkości cząstek, można otrzymać z korzystną przemysłowo szybkością wytwarzania.

Dokładny czas kalcynacji zależy od stężenia gazu w atmosferze w jakiej prowadzi się kalcynację i temperatury kalcynacji i wynosi korzystnie 1 minutę lub więcej, a korzystniej 10 minut lub więcej. Dostateczny czas kalcynacji jest wtedy, gdy surowy tlenek glinowy przechodząc przez etap wzrostu kryształu przejdzie w α-tlenek glinowy. Pożądany α-tlenek glinowy w formie proszku można otrzymać przy krótszym czasie kalcynowania niż czas wymagany w procesach konwencjonalnych.

Źródło i sposób dostarczania gazu o atmosferze kalcynacji nie są szczególnie ograniczone aż do momentu, kiedy gaz zawierający chlor wprowadza się do systemu reakcyjnego zawierającego surowiec. Na przykład, komponenty gazowe można dostarczać z butli gazowych. Jeśli stosuje się jako źródło gazowego chloru związek chlorowy, na przykład, roztwór kwasu chlorowodorowego, chlorek amonowy lub polimer o wysokiej masie cząsteczkowej zawierającej chlor, to używa się go pod ciśnieniem jego pary albo takim, aby po rozkładzie otrzymać opisaną poprzednio kompozycję gazową. W pewnych przypadkach używając gaz otrzymany z rozkładu chlorku amonowego itp., następuje osadzanie się stałej substancji w piecu do kalcynacji, co jest przyczyną kłopotów technicznych. Dalej, wraz ze zwiększeniem stężenia gazowego chlorowodoru, kalcynację można prowadzić w niższej temperaturze w krótszym czasie i zwiększyć czystość α-tlenku glinowego. Stosownie do tego, lepiej jest dostarczać chlorowodór lub chlor bezpośrednio z butli gazowej do pieca do kalcynacji. Gaz można dostarczać albo w sposób ciągły albo w sposób periodyczny.

Aparat do kalcynacji nie ma szczególnych ograniczeń i można używać zwykłe piece do kalcynacji. Lepiej jeśli piec wykonany jest z materiału odpornego na korozję wywołaną przez gazowy chlorowodór, gazowy chlor i tak dalej. Piec jest wyposażony w urządzenie do kontrolowania atmosfery. Ponieważ stosuje się kwaśny gaz, na przykład, chlorowodór lub gazowy chlor, to lepiej używać pieca uszczelnionego na dostęp powietrza. Przy produkcji przemysłowej kalcynację lepiej jest prowadzić stosując piec tunelowy, piec obrotowy, piec przepychowy itp., w sposób ciągły.

Ponieważ reakcję prowadzi się w atmosferze kwaśnej, lepiej jest stosować tygiel, łódkę lub tym podobne naczynie używane w tym procesie, wykonane z tlenku glinowego, kwarcu lub cegły odpornej na kwas, albo grafitu.

175 195

W celu otrzymania α-tlenku glinowego według obecnego wynalazku, o czystości tlenku glinowego nie mniejszej niż 99,90% wagowych, który zawiera cząstki monokrystaliczne α-tlenku glinowego o średniej średnicy cząstek większej niż 5 gm, a nie większej niż 30 μm, lepiej jest wybrać surowiec o wysokiej czystości tlenku glinowego, nie mniejszej niż 99,9% wagowych, z powyżej podanych surowych materiałów.

Przykładami szczególnie preferowanych surowych materiałów są wodorotlenek glinowy w formie proszku, otrzymany w wyniku hydrolizy izopropanolanu glinowego i przejściowy tlenek glinowy otrzymany przez obróbkę cieplną wodorotlenku glinowego.

Cząstki monokrystaliczne stanowiące α-tlenek glinowy tego wynalazku mają liczbowo średnią średnicę cząstek większą niż 5 gm, a nie większą niż 30 gm, stosunek D/H od 0,5 do 3,0, stosunek D90/D10 nie większy niż 10, a lepiej nie większy niż 9, a jeszcze lepiej nie większy niż 7, w którym D10 i D90 oznaczają skumulowaną 10% średnicę i skumulowaną 90% średnicę odpowiednio, funkcji rozkładu narysowanej od strony małej średnicy i niezwykle wysoką czystość, to jest czystość tlenku glinowego wynosi 99,90% wagowych lub większa, a zawartość sodu jest poniżej 0,05% wagowych licząc na Na2O.

Przykład.

Obecny wynalazek zostanie teraz zilustrowany bardziej szczegółowo z odniesieniem do przykładów.

Różne pomiary w przykładach i w przykładach porównawczych wykonane były w sposób następujący.

1. Średnica cząstki i rozkład średnicy cząstek α -tlenku glinowego (1) Stosunek D90/D10 zmierzono metodą rozpraszania laserowego za pomocą Master Sizer produkcji Malvern Instruments, Ltd.

(2) Zdjęcie mikroskopowe α-tlenku glinowego wykonano przy pomocy SEM (T-300 produkcji Japan Electron Optics Laboratory Co., Ltd., poniżej taki sam) i wybrano 80 do 100 cząstek z fotografii SEM, które poddano analizie obrazu, aby oznaczyć średnią i rozkład ich średnic równoważnych kołu. Określenie średnica równoważna kołu używane tutaj oznacza średnicę prawdziwego koła o takiej samej powierzchni jak cząstka.

2. Kształt kryształu (D/H) α -tlenku glinowego

Kształt cząstek α-tlenku glinowego reprezentowany jest wielkością stosunku D/H, w którym D i H mają wyżej podane znaczenie. Stosunek D/H dla α-tlenku glinowego otrzymano jako średnią dla 5 do 10 cząstek w wyniku analizy obrazu z powyżej wspomnianej fotografii z SEM.

3. Liczba ścian kryształu i pokrój kryształu (1) Liczbę ścian kryształu α-tlenku glinowego określono na podstawie obserwacji wspomnianej powyżej fotografii z SEM.

(2) Pokrój kryształu cząstek α-tlenku glinowego obserwowano dla oceny jego kształtu. Pokrój kryształu cząstek α-tlenku glinowego otrzymanego w obecnym wynalazku przedstawiono na rysunku 6 (oznaczenie A do I). α-Tlenek glinowy ma układ heksagonalny, a termin pokrój kryształu używany dla α-tlenku glinowego oznacza kształt jego kryształu znamienny pojawieniem się ścian kryształu składających się z płaszczyzny a (1120), płaszczyzny c (0001), płaszczyzny n (2243) i płaszczyzny r (1012). Na rysunku 6 przedstawione są płaszczyzny krystaliczne a, c, n i r.

4. Czystość tlenku glinowego

Ilość jonów zawartych w zanieczyszczeniach zmierzono metodą emisyjnej analizy spektrochemicznej otrzymując zawartość zanieczyszczeń w przeliczeniu na tlenek. Zawartość chloru zmierzono potencjometrycznie. Czystość tlenku glinowego otrzymano przez odjęcie całkowitej zawartości zanieczyszczeń (% wagowe) w ten sposób obliczoną od 100% wagowych.

5. Zawartość Na2O

Dość zawartych jonów sodowych zmierzono metodą emisyjnej analizy spektrochemicznej aby otrzymać zawartość Na2O.

W przykładach używane były następujące surowce.

1. Prrzjściowy tlenek glinowy A

175 195

Ί

Przejściowy tlenek glinowy otrzymano przez kalcynację wodorotlenku glinowego wytworzonego drogą hydrolizy izopropanolanu glinowego (AKP-G15 produkcji Sumitomo Chemical Co., Ltd., wtórna średnica cząstki: około 4 pm).

2. Wodorotlenek glinowy

Wodorotlenek glinowy w formie proszku zsyntetyzowano drogą hydrolizy izopropanolanu glinowego (wtórna średnica cząstki: około 8 pm).

3. Wodorotlenek glinowy C

Wodorotlenek glinowy w formie proszku wytworzono sposobem Bayera (C12 produkcji Sumitomo Chemical Co. Ltd., wtórna średnica cząstki: około 47 pm).

Jako źródło gazowego chlorowodoru używano chlorowodór z butli, produkcji Tsurumi Soda K.K. (czystość 99,9%) a jako źródło gazowego chloru używano chlor z butli, produkcji Fujimoto Sangyo K.K. Procent objętościowy pary wodnej kontrolowano regulując prężność nasyconej pary wodnej w zależności od temperatury, którą wprowadzano do pieca z gazowym azotem.

Łódkę aluminiową napełniono 0,4 g surowca, takiego jak przeeściowy tlenek glinowy lub wodorotlenek glinowy, do głębokości 5 mm. Kalcynację prowadzono w piecu rurowym (DSPSH-28 produkcji Motoyama K.K.) używając rurę kwarcową (średnica: 27 mm, długość: 1000 mm). Podczas wprowadzania azotu podnoszono temperaturę z szybkością 500°/godzinę, a gazowy chlorowodór lub mieszaninę gazowego chloru i pary wodnej wprowadzano do pieca po osiągnięciu wcześniej założonej temperatury.

Stężenie gazu kontrolowano regulując szybkość przepływu gazu za pomocą fleometru. Liniową szybkość przepływu gazu ustalono na 20 mmi/sek. Ten układ nazywany będzie dalej systemem przepływu gazu. W przykładzie porównawczym 1, stosując małe stężenie gazowego chlorowodoru, kalcynację prowadzono w układzie, w którym doprowadzanie gazu przerywano po osiągnięciu wcześniej ustalonego stężenia. Całkowite ciśnienie gazów atmosferycznych było ciśnieniem atmosferycznym.

Po osiągnięciu określonej wcześniej temperatury piec utrzymywano w tej temperaturze (nazywanej tutaj temperaturą kalcynacji) przez określony wcześniej okres czasu (nazywany dalej czasem przetrzymywania). Po upływie określonego wcześniej czasu przetrzymywania, pozwolono na ochłodzenie pieca i otrzymano α-tlenek glinowy w formie proszku.

Prężność cząstkową pary wodnej kontrolowano regulując ciśnienie pary nasyconej, a parę wodną wprowadzano do pieca wraz z gazowym azotem.

Przykłady 1 do3i5.

Wodorotlenek glinowy lub przejściowy tlenek glinowy (α-tlenek glinowy) kalcynowano w atmosferze gazowego chlorowodoru w temperaturze kalcynacji 1100°C albo 800°C.

Warunki kalcynacji oraz uzyskane rezultaty podano w tabelach 1 i 2, odpowiednio. Fotografię z SEM α-tlenku glinowego otrzymanego w przykładzie 1 i 2 przedstawiono na rysunkach 1 i 2, odpowiednio. Rozkład średnicy cząstek α-tlenku glinowego w formie proszku, otrzymanego w przykładzie 2, pokazano na rysunku 3.

Przykład 4.

Kalcynację przeeściowego tlenku glinowego prowadzono w atmosferze złożonej w 35% objętościowych z gazowego chloru, 5% objętościowych z pary wodnej i 60% objętościowych z gazowego azotu. Otrzymano α-tlenek glinowy o tak wysokiej czystości, jak ten otrzymany w przykładzie 1.

Warunki kalcynacji oraz uzyskane rezultaty przedstawiono w tabelach 1 i 2.

Przykłady porównawcze 1 do 3.

Surowy materiał tlenku glinowego kalcynowano w atmosferze o niskim stężeniu gazowego chlorowodoru lub według procesu konwencjonalnego. Warunki i uzyskane rezultaty przedstawiono w tabelach 1 i 2. Fotografie z SEM α-tlenku glinowego w formie proszku otrzymanego w przykładach porównawczych 1 i 2 przedstawiono, odpowiednio, na rysunkach 4 i 5.

175 195

Tabela 1

	Tlenek glinowy	Skład atmosfery (% obj)	Szybkość przepływu gazu	Tempera- tura wprowa- dzanego gazu	Tempera- tura kalcynacji	Czas przetrzy- mywania
rodzaj	wymiar (gm)	HCl	C2	H2O	N2	H2	(mm/min)	(°C)	(°C)	(min)
Przykład 1	tlenek glinowy przejściowy A	4	100					20	20	1100	30
Przykład 2	tlenek glinowy przejściowy A	4	30			70		20	20	1100	30
Przykład 3	tlenek glinowy przejściowy A	4	100					20	20	800	120
Przykład 4	tlenek glinowy przt^eściowy A	4		35	5	60		20	20	1100	30
Przykład 5	wodorotlenek glinowy A	8	30			70		20	800	1100	30
Przykład porówn. 1	tlenek glinowy przejściowy A	4	0,5			99.5		0	20	1100	600
Przykład porówn. 2	wodorotlenek glinowy C	47	kalcynacja w powietrzu			1100	180
Przykład porówn. 3	wodorotlenek glino- i wy C	47	kalcynacja w powietrzu			1300	180

Tabela 2

	Liczbowo średnia średnica cząstki (gm)	Kształt kryształu	Liczba płaszczyzn kryształu	Rozkład według wielkości D90/D10	Czystość tlenku glinowego (% wag)	Zawartość N 2O (ppm)	Uwagi
D/H	pokrój kryształu
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Przykład 1	11	1-2	F, G	8	4	99.96	5	-
Przykład 2	11.6	1	G	12-18	3	99.95	-	-
Przykład 3	11	1	G	20 lub więcej	3	99.95	-	-

175 195 cd. tabeli 2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Przykład 4	11	1	G	20 lub więcej	3	99.95	-	-
Przykład 5	14	1	F, H	20 lub więcej	3	99.98	5	-
Przykład porównawczy 1	-	nie tworzą się monokryształy	—	-	-	-
Przykład porównawczy 2	-	nie tworzą się monokryształy	-	-	- k - kryształy 0- kryształy
Przykład porównawczy 3	0.3	nie tworzą się monokryształy	-	99.7	- α-kryształy

α-Tlenek glinowy według wynalazku można otrzymać z surowców różnego rodzaju, różnej czystości, kształtów, rozmiarów i różnych składach. α-Tlenek glinowy według obecnego wynalazku jest jednorodny pod względem struktury chociaż nie używa się kryształów zarodkowych, tak jak to się robi w konwencjonalnych procesach hydrotermalnych, w których dodaje się kryształ zarodkujący. Zawiera on oktaedryczne lub wyżej poliedryeznemonokrystalicz.ne cząstki α-tlenku glinowego o takiej jednorodności, stopniu rozdrobnienia cząstek i wąskim rozkładzie wielkości cząstek i nie zawiera aglomeratów.

Bardziej szczegółowo, cząstki monokrystaliczne stanowiące α -tlenek glinowy według wynalazku mają średnią średnicę cząstek większą niż 5 gm ale nie większą niż 30 gm, stosunek D/H od 0,5 do 3,0, stosunek D90/D10 nie większy niż 10, raczej nie większy niż 9 i nie większy niż 7 i α-tlenek glinowy obecnego wynalazku ma czystość tlenku glinowego 99,90% wagowych lub więcej, a zawartość sodu mniejszą niż 0,05% wagowych licząc na Na2O.

α-Tlenek glinowy składający się z cząstek monokrystalicznych α-tlenku glinowego o wysokiej czystości, jednorodnej strukturze i wąskim rozkładzie wielkości cząstek nadaje się jako materiał ścierny, surowiec dla spieków, materiał napylania plazmowego, wypełniacz, surowiec do monokryształów, surowiec na nośnik katalizatorów, surowiec do substancji fluorescencyjnych, surowiec do kapsułkowania, surowiec do filtrów ceramicznych i tak dalej, i jest niezwykle użyteczny w przemyśle. Dzięki niezwykłej wysokiej czystości, α-tlenek glinowy obecnego wynalazku jest szczególnie użyteczny jako surowiec do monokryształów, takich jak itrowo glinowy granat (YAG), szafir, rubin, i tak dalej oraz do spieków o wysokiej czystości, do których nie można stosować α-tlenku glinowego o małej czystości.

^Fj-q- ³

175 195

Pierwotna średnica cząstek ζάπι)

Fig. 4

Fig. 5

0 μ. m

175 195

175 195

Fig. 1

O u. m

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. α-Tlenek glinowy składający się z pojedynczych krystalicznych cząstek α-tlenku glinowego, znamienny tym, że są one jednorodne, mają kształt okta- lub wyżej poliedryczny, mają stosunek D/H od 1 do 2, w którym D oznacza maksymalną średnicę cząstki równoległą do heksagonalnej płaszczyzny sieciowanej heksagonalnie ściśle upakowanej sieci tych cząstek, a H oznacza średnicę prostopadłą do sieciowanej płaszczyzny heksagonalnej, mają liczbowo średnią średnicę cząstki większą niż 5 gm i nie większą niż 30 gm.
2. 2. α-Tlenek glinowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pojedyncze krystaliczne cząstki α-tlenku glinowego mają taki rozkład wielkości cząstek, iż stosunek D90/D10 jest nie większy niż 10,w którym D10 i D90 oznaczają, odpowiednio, skumulowaną 10% średnicę i skumulowaną 90% średnicę skumulowanego rozkładu, przedstawionego od strony małej średnicy.

   Wynalazek dotyczy α-tlenku glinowego. α-Tlenek glinowy w postaci proszku ma szerokie zastosowanie jako materiał ścierny, surowiec do spieków, materiał napylania plazmowego, wypełniacz i tym podobne. α-Tlenek glinowy według tego wynalazku składa się z monokrystalicznych cząstek α-tlenku glinowego, które nie są cząstkami zaglomerowanymi, o wysokiej czystości, jednorodności strukturalnej i o wąskim rozkładzie według wielkości cząstek i ma duże zastosowanie przemysłowe jako materiał ścierny, surowiec do spieków, materiał napylania plazmowego, wypełniacz, surowiec dla monokryształów, surowiec dla nośnika katalizatorów, surowiec dla substancji fluoroscencyjnych, surowiec do kapsułkowania, surowiec do filtrów ceramicznych i tak dalej. α-Tlenek glinowy według obecnego wynalazku ma niezwykle wysoką czystość i jest szczególnie użyteczny jako materiał wyjściowy do monokryształów itrowo glinowego granatu (YAG), szafiru, rubidu i tak dalej i surowiec do bardzo czystych spieków, do których nie można używać α-tlenku glinowego o niskiej czystości.

   α-Tlenek glinowy w postaci proszku stosuje się jako materiał ścierny, surowiec do spieków, materiał rozpylania plazmowego, wypełniacz i tak dalej. α-Tlenek glinowy w postaci proszku otrzymany sposobami konwencjonalnymi składa się z polikryształów o nieregularnych kształtach, zawiera liczne aglomeraty i ma szeroki rozkład według wielkości cząstek. Dla niektórych celów czystość tych konwencjonalnych produktów jest niedostateczna. Celem wyeliminowania tych problemów opisano dalej specjalny sposób wytwarzania α-tlenku glinowego używanego do specjalnych celów. Jednakże, te specjalne sposoby zawodzą ze względu na brak kontroli kształtu albo średnicy cząstek α-tlenku glinowego. Tak więc, trudno jest otrzymać α-tlenek glinowy w postaci proszku o wąskim rozkładzie wielkości cząstek.

   Znane są specjalne metody wytwarzania α-tlenku glinowego w postaci proszku, które obejmują sposób z wykorzystaniem hydrotermalnej reakcji wodorotlenku glinowego (dalej nazywany sposobem obróbki hydrotermalnej), sposób polegający na dodawaniu topnika do tlenku glinowego, stapianiu i wytrącaniu (dalej nazywany sposobem topnikowym) i sposób, w którym wodorotlenek glinowy kalcynuje się w obecności mineralizatora.

   Jeśli chodzi o sposób hydrotermalny, to w patencie JP-B-57-22886 (oznaczenie JP-B stosowane tutaj oznacza zbadane opublikowane japońskie zgłoszenie patentowe) ujawniono sposób, w którym korund dodaje się jako kryształ zaszczepiający, w celu regulowania rozmiarów cząstek. Sposób ten obejmuje syntezę w wysokiej temperaturze pod wysokim ciśnieniem, co czyni kosztownym otrzymany α-tlenek glinowy w postaci proszku.

   Według pracy Matsui i innych (Hydrothermal Hannom (Hydrothermal Reactions) tom 2, strony 71-78 Growth of Alumina Single Crystal by Hydrothermal Methods”), monokryształ α-tlenku glinowego otrzymano w wyniku wzrostu monokryształu tlenku glinowego zawierają175195 cego chrom, na szafirowym krysztale (α-tlenek glinowy) zaszczepiającym w procesie hydrotermalnego wzrostu (sposób obróbki hydrotermalnej), posiadał pęknięcia. Po zbadaniu jednorodności kryształu i próbie wyjaśnienia przyczyny pęknięć, potwierdzono występowanie dużego naprężenia na granicy pomiędzy kryształem zaszczepiającym i kryształem rosnącym i że gęstość jamki trawienia w krysztale rosnącym blisko granicy, która wydaje się odpowiadać gęstości dyslokacji, jest wysoka. W pracy podano dalej, że oczekiwane pęknięcia wiążą się z takim naprężeniem i że sposób hydrotermalnego wzrostu umożliwia przyłączenie grupy hydroksylowej lub wody do kryształu, co wydaje się powodować naprężenia i defekty.

   Sposób topnikowy proponowany jest jako sposób regulowania kształtu albo rozmiarów cząstek α-tlenku glinowego w postaci proszku, który stosowany jest jako materiał ścierny, wypełniacz i tak dalej. Naprzykład, w JP-A-131517 (stosowane tutaj określenie JP-A oznacza niezbadane opublikowane japońskie zgłoszenie patentowe) ujawnia się sposób obejmujący kalcynowanie wodorotlenku glinowego w obecności topnika z fluorem o temperaturze topnienia nie wyższej niż 800°C, w celu wytworzenia cząstek α-tlenku glinowego o średnim rozmiarze cząstek od 2 do 20 pm i heksagonalnym kształcie płytkowym, mający stosunek D/H od 5 do 40, gdzie D oznacza maksymalną średnicę cząstki równoległą do heksagonalnej płaszczyzny sieciowej heksagonalnej ściśle upakowanej sieci tlenku glinowego, a H oznacza średnicę prostopadłą do heksagonalnej płaszczyzny sieciowej. Jednakże, sposobem tym nie można wytworzyć proszku α-tlenku glinowego o średnicy cząstek nie większej niż 2 pm i o wszystkich cząstkach mających kształt płytkowy. Dlatego, α-tlenek glinowy w postaci proszku nie zawsze nadaje się do stosowania jako materiał ścierny, wypełniacz lub surowiec dla monokryształów.

   Dotychczas pojawiło się kilka propozycji rozwiązania tych problemów. W JP-A-59-97528 ujawnia się sposób polepszenia kształtu cząstek α-tlenku glinowego polegający na kalcynowaniu wodorotlenku glinowego, otrzymanego sposobem Bayera, w obecności boru zawierającego amon i mineralizatora borowego, w celu otrzymania proszku α-tlenku glinowego o liczbowo średniej średnicy cząstek od 1 do 10 pm i stosunku D/H około 1. Jednakże, sposób ten niesie takie problemy jak to, iż materiał zawierający bor lub materiał zawierający fluor, dodawane jako mineralizator, pozostają w wytworzonym α-tlenku glinowym, a po kalcynacji tworzą się aglomeraty.

   Jeśli chodzi o kalcynację wodorotlenku glinowego zawierającego sód, otrzymywanego sposobem Bayera, to w patencie brytyjskim 990801 proponuje się prowadzić kalcynację w obecności fluorku, na przykład, fluorku glinowego lub kriolitu i związku zawierającego chlor, na przykład chloru lub chlorowodoru, zaś w patencie RFN 1.767.511 proponuje się prowadzić kalcynację w obecności kwasu bornego i chlorku amonu, kwasu chlorowodorowego albo chlorku glinowego w celu skutecznego usuwania sodu podczas kontrolowania średnicy cząstek.

   Jednakże, w poprzednim sposobie, ponieważ mineralizator taki, jak fluorek glinowy, dodaje się w postaci ciała stałego lub kalcynację prowadzi podczas dodawania gazowego chloru i gazowego fluoru bez dodawania wody, to występują problemy z nieregularnym kształtem i szerokim rozkładem wielkości cząstek tlenku glinowego. Problemy występują także w ostatnim sposobie, polegające na tym, że kwas borny stosowany jako mineralizator pozostaje w wytworzonym α-tlenku glinowym, dając materiał zawierający bor. W dodatku, celem tych sposobów jest głównie usunięcie sodu, i sól sodowa, taka jak NaCl albo Na2SO4 powstająca w reakcji ubocznej pomiędzy osadem i środkiem do usuwania sodu, musi być usunięta przez sublimację lub rozłożona przez kalcynację w wysokiej temperaturze, przynajmniej 1200°C.

   Jeśli chodzi o reakcję pomiędzy tlenkiem glinowym i gazowym chlorowodorkiem, to ukazała się praca w Zeit. fur Anorg. und AHg. Chem., tom 21, strona 209 (1932) na temat stałej równowagi układu reakcyjnego złożonego z α-tlenku glinowego o średnicy cząstek od 2 do 3 mm, chlorowodoru i wytworzonego chlorku glinowego. W pracy tej podano, że wytworzony α-tlenek glinowy znaleziono w miejscu różnym od miejsca, gdzie załadowano surowiec i otrzymano jedynie cząstki heksagonalne w kształcie płytek.

   W JP-B-43-8929 ujawniono sposób polegający na kalcynowaniu wodzianu tlenku glinowego w obecności chlorku amonowego i wytworzeniu tlenku glinowego o małej zawartości zanieczyszczeń i średniej średnicy cząstek, nie większej niż 10 pm. Otrzymany proszek tlenku glinowego miał szeroki zakres wielkości cząstek.

   175 195

   Tak więc, żadną z konwencjonalnych technik nie udało się otrzymać monokryształów α-tlenku glinowego i spełnić wymagania, jeśli chodzi o czystość i strukturalną jednorodność indywidualnych cząstek.

   Celem obecnego wynalazku jest rozwiązanie powyższych problemów i otrzymanie tlenku glinowego o dużej czystości, składającego się z jednorodnych i niezaglomeryzowanych pojedynczych krystalicznych cząstek α-tlenku glinowego, z różnych surowców. Dokładniej, otrzymanie cząstek α-tlenku glinowego w postaci proszku składającego się z jednorodnych, pojedynczych krystalicznych cząstek α-tlenku glinowego, które mają kształt okta- lub więcej poliedryczny, stosunek D/H od 0,5 do 3,0, liczbowo średnia średnica cząstek jest większa niż 5 gm i nie większa niż 30 gm, wąski rozkład wielkości cząstek, wysoką czystość tlenku glinowego i jednorodny skład wewnątrz cząstki, z indywidualnymi cząstkami wolnymi od naprężeń strukturalnych.