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JP7516872B2 - High-purity fine alumina powder - Google Patents

High-purity fine alumina powder Download PDF

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JP7516872B2 JP2020095284A JP2020095284A JP7516872B2 JP 7516872 B2 JP7516872 B2 JP 7516872B2 JP 2020095284 A JP2020095284 A JP 2020095284A JP 2020095284 A JP2020095284 A JP 2020095284A JP 7516872 B2 JP7516872 B2 JP 7516872B2
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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

本発明は、高純度微粒アルミナ粉末に関する。 The present invention relates to high-purity fine alumina powder.

アルミナ(α-Al)焼結体は、絶縁性、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等の諸特性に優れる。そのためアルミナ焼結体は、電子部品を始めとして、耐火物、研磨材、碍子、点火プラグ、充填剤、触媒担体といった幅広い分野で用いられている。アルミナ焼結体は、アルミナ粉末を原料とし、これを成形及び焼成して製造される。高特性のアルミナ焼結体を得る上で、原料たるアルミナ粉末には焼結性に優れること、すなわち微細であることが求められている。 Alumina (α-Al 2 O 3 ) sintered bodies have excellent properties such as insulation, heat resistance, wear resistance, and corrosion resistance. Therefore, alumina sintered bodies are used in a wide range of fields, including electronic components, refractories, abrasives, insulators, spark plugs, fillers, and catalyst carriers. Alumina sintered bodies are manufactured by molding and sintering alumina powder as the raw material. To obtain alumina sintered bodies with high properties, the raw material alumina powder is required to have excellent sinterability, i.e., to be fine.

ところでアンテナ焼結体を製造する際に、アルミナ粉末をスラリー化して、このスラリーを湿式処理する手法が多用されている。例えば成形時の成形性を良好にするために、アルミナ粉末のスラリーを噴霧造粒して造粒物にし、この造粒物を成形することが行われている。また大型かつ複雑形状のアルミナ製品を得るために、アルミナ粉末のスラリーを鋳込み成形する手法が知られている。さらにアルミナ粉末のスラリーを塗布及び焼成してシート状のアルミナ焼結体を製造する手法もある。 When manufacturing sintered antenna bodies, a method is often used in which alumina powder is made into a slurry and this slurry is wet-processed. For example, to improve moldability during molding, the alumina powder slurry is sprayed and granulated to produce a granulated product, which is then molded. Also, a known method is to cast the alumina powder slurry to obtain large alumina products with complex shapes. There is also a method in which alumina powder slurry is applied and fired to produce a sheet-shaped alumina sintered body.

このような湿式処理を行う上で、スラリーのハンドリング性、すなわちスラリー粘度等の特性を適切に制御することが重要である。例えばスラリー粘度が過度に高いと、造粒や成形を行う際に問題が発生する。またスラリー特性が経時変化すると、最終製品の特性が安定せず、ばらつきが生じることがある。そのためアルミナ粉末の粉体特性を制御して、スラリー特性の改善を図る技術が従来から提案されている。 When carrying out such wet processing, it is important to appropriately control the handleability of the slurry, i.e., the properties such as the slurry viscosity. For example, if the slurry viscosity is excessively high, problems will arise during granulation and molding. Furthermore, if the slurry properties change over time, the properties of the final product will not be stable and may vary. For this reason, technologies have been proposed to control the powder properties of the alumina powder and improve the slurry properties.

例えば特許文献1には、軽装嵩密度(LBD)と重装嵩密度(TBD)との比率(TBD/LBD)が1.5以上であるアルミナ粉末が開示され、当該アルミナ粉末を用いることにより、厚さが均一な薄膜の、アルミナ含有コート層を形成することができる旨が記載されている(特許文献1の請求項1及び[0032])。また特許文献1には、TBD/LBDの値が1.5未満であると、アルミナ粉末に含まれる個々の二次粒子(凝集粒子)の嵩密度が高くなりすぎる旨、この場合、アルミナ粉末を含むアルミナスラリーにおいてアルミナ凝集粒子の沈殿が起こりやすくなり、アルミナ粉末の分散安定性の確保が困難となる旨が記載されている(特許文献1の[0038])。 For example, Patent Document 1 discloses an alumina powder having a ratio (TBD/LBD) of light bulk density (LBD) to heavy bulk density (TBD) of 1.5 or more, and describes that by using this alumina powder, it is possible to form a thin, uniformly thick alumina-containing coating layer (claims 1 and [0032] of Patent Document 1). Patent Document 1 also describes that if the TBD/LBD value is less than 1.5, the bulk density of the individual secondary particles (agglomerated particles) contained in the alumina powder becomes too high, and in this case, precipitation of the alumina agglomerated particles is likely to occur in an alumina slurry containing the alumina powder, making it difficult to ensure the dispersion stability of the alumina powder ([0038] of Patent Document 1).

国際公開第2018/047871号International Publication No. 2018/047871

しかしながら従来から提案されている技術では、アルミナ粉末の焼結性とスラリー特性の両立を図る上で不十分であった。すなわちアルミナ粉末は、微細になればなるほど焼結性が優れたものになる。しかしながらアルミナ粉末が微細になると、これを含むスラリーの粘度が急上昇して、造粒や成形などのハンドリングを行うことが困難になる。特に従来の技術では、アルミナ粉末を強粉砕することで微細化を図ることが一般に行われているが、強粉砕により微細化したアルミナ粉末は、スラリー特性を悪化させやすい。またこのようなアルミナ粉末は、結晶性が低いために高特性のアルミナ焼結体製造用原料として問題がある。 However, the techniques proposed so far have been insufficient in achieving both the sinterability of the alumina powder and the slurry properties. In other words, the finer the alumina powder, the better the sinterability. However, when the alumina powder becomes fine, the viscosity of the slurry containing it rises sharply, making handling such as granulation and molding difficult. In particular, in conventional techniques, the alumina powder is generally pulverized intensively to achieve finer size, but alumina powder pulverized intensively by pulverization tends to deteriorate the slurry properties. Furthermore, such alumina powder has low crystallinity, making it problematic as a raw material for manufacturing high-performance alumina sintered bodies.

例えば、特許文献1ではアルミナ粉末のD50値は0.45以上0.65μm以下であることが好ましい旨、D50値が0.45μm未満であると、粒子間の凝集が過密になる旨が記載されており(特許文献1の[0044])、アルミナ粉末の微細化、すなわち焼結性向上を図る上で限界があった。 For example, Patent Document 1 states that the D50 value of the alumina powder is preferably 0.45 to 0.65 μm, and that if the D50 value is less than 0.45 μm, the particles will aggregate too densely ([0044] of Patent Document 1), which means that there is a limit to how fine the alumina powder can be made, i.e., how well it can be sintered.

本発明者らは、このような従来の問題点に鑑みて鋭意検討を行った。その結果、体積粒度分布における50%粒径D50とBET比表面積SBETとが特定の関係を満足し、且つナトリウム等の不純物が特定量以下であるアルミナ粉末は、優れた焼結性とスラリー特性を両立し得るとの知見を得た。さらにこのアルミナ粉末は、焼結性及びスラリー特性に加えて、高周波領域で優れた誘電特性を示す焼結体用原料として好適であるとの知見を得た。 The present inventors have conducted extensive research in light of the above-mentioned problems. As a result, they have found that an alumina powder in which the 50% particle size D50 in the volumetric particle size distribution and the BET specific surface area S BET satisfy a specific relationship and impurities such as sodium are less than a specific amount can achieve both excellent sinterability and slurry properties. They have also found that this alumina powder is suitable as a raw material for a sintered body, which exhibits excellent dielectric properties in the high frequency range in addition to the sinterability and slurry properties.

本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、優れたスラリー特性及び焼結特性を有するとともに、高周波領域で優れた誘電特性を示すアルミナ粉末の提供を課題とする。 The present invention was completed based on these findings, and aims to provide an alumina powder that has excellent slurry and sintering properties, as well as excellent dielectric properties in the high frequency range.

本発明は下記(1)~(6)の態様を包含する。なお本明細書において「~」なる表現はその両端の数値を含む。すなわち「X~Y」は「X以上Y以下」と同義である。 The present invention encompasses the following aspects (1) to (6). In this specification, the expression "to" includes both ends of the expression. In other words, "X to Y" is synonymous with "X or more and Y or less."

(1)体積粒度分布における50%粒径(D50)及びBET比表面積(SBET)が、式:D50≦0.20μm、及び式:D50×SBET≦2.0×10-6/gで表される関係を満足するとともに、ナトリウム(Na)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)のそれぞれの含有量が10ppm以下である、高純度微粒アルミナ粉末。 (1) A high-purity fine alumina powder in which the 50% particle size (D 50 ) and BET specific surface area (S BET ) in a volumetric particle size distribution satisfy the relationships represented by the formulas: D 50 ≦0.20 μm and D 50 × S BET ≦2.0 × 10 -6 m 3 /g, and the contents of sodium (Na), silicon (Si), iron (Fe) and calcium (Ca) are each 10 ppm or less.

(2)式:1.6×10-6/g≦D50×SBETで表される関係を満足する、上記(1)のアルミナ粉末。 (2) The alumina powder according to (1) above, which satisfies the relationship expressed by the formula: 1.6×10 −6 m 3 /g≦D 50 ×S BET .

(3)X線回折プロファイルにおいて、(113)回折線の半値全幅(FWHM)が0.240°以下である、上記(1)又は(2)のアルミナ粉末。 (3) Alumina powder according to (1) or (2) above, in which the full width at half maximum (FWHM) of the (113) diffraction line in an X-ray diffraction profile is 0.240° or less.

(4)加圧嵩密度(GD)が2.20g/cm以上である、上記(1)~(3)のいずれかのアルミナ粉末。 (4) The alumina powder according to any one of (1) to (3) above, having a pressed bulk density (GD) of 2.20 g/ cm3 or more.

(5)体積粒度分布における10%粒径D10、50%粒径D50及び90%粒径D90が、式:(D90-D10)/D50≦1.1で表される関係を満足する、請求項1~4のいずれか一項に記載のアルミナ粉末。 (5) The alumina powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the 10% particle size D 10 , 50% particle size D 50 and 90% particle size D 90 in the volume particle size distribution satisfy the relationship represented by the formula: (D 90 -D 10 )/D 50 ≦1.1.

(6)α化度が80.0%以上である、上記(1)~(5)のいずれかのアルミナ粉末。 (6) Any of the alumina powders (1) to (5) above, having a degree of gelatinization of 80.0% or more.

本発明によれば、優れたスラリー特性及び焼結特性を有するとともに、高周波領域で優れた誘電特性を示すアルミナ粉末が提供される。 The present invention provides an alumina powder that has excellent slurry and sintering properties, as well as excellent dielectric properties in the high frequency range.

静水圧式スラリー評価装置の断面模式図を示す。FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a hydrostatic pressure type slurry evaluation device. 沈降圧測定によるスラリー評価の原理を示す。The principle of slurry evaluation by settling pressure measurement is shown. アルミナ粉末のSEM像を示す。1 shows an SEM image of alumina powder. アルミナ粉末のSEM像を示す。1 shows an SEM image of alumina powder. アルミナ粉末のSEM像を示す。1 shows an SEM image of alumina powder. アルミナ粉末のSEM像を示す。1 shows an SEM image of alumina powder. アルミナ粉末の粒度分布曲線を示す。1 shows a particle size distribution curve of alumina powder. 焼成温度(焼結温度)とアルミナ焼結体密度の関係を示す。The relationship between the firing temperature (sintering temperature) and the density of the alumina sintered body is shown. アルミナ粉末のXRDパターンを示す。1 shows the XRD pattern of alumina powder. スラリーのせん断速度と粘度の関係を示す。The relationship between the shear rate and viscosity of the slurry is shown. スラリー沈降静水圧の時間変化を示す。The graph shows the change in slurry settling hydrostatic pressure over time.

本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という)について説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。 A specific embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as "the present embodiment") will be described. Note that the present invention is not limited to the following embodiment, and various modifications are possible within the scope of the present invention.

高純度微粒アルミナ粉末
本実施形態の高純度微粒アルミナ粉末(以下、「アルミナ粉末」と総称する場合がある)は、体積粒度分布における50%粒径(D50)及びBET比表面積(SBET)が、式:D50≦0.20μm、及び式:D50×SBET≦2.0×10-6/gで表される関係を満足する。一般に粉末の粒子径が小さくなるほど、比表面積が大きくなり、他の粒子との接触点の数が多くなる。また粒子の曲率半径が小さくなるとともに表面がより活性になり、焼結駆動力が大きくなる。したがって高い焼結性を得る観点から、D50を0.20μm以下に限定する。
High-purity fine alumina powder The high-purity fine alumina powder of this embodiment (hereinafter sometimes collectively referred to as "alumina powder") has a 50% particle size (D 50 ) and a BET specific surface area (S BET ) in the volumetric particle size distribution that satisfy the relationship expressed by the formula: D 50 ≦0.20 μm and the formula: D 50 ×S BET ≦2.0×10 −6 m 3 /g. In general, the smaller the particle size of the powder, the larger the specific surface area and the greater the number of contact points with other particles. In addition, as the radius of curvature of the particle becomes smaller, the surface becomes more active and the sintering driving force becomes larger. Therefore, from the viewpoint of obtaining high sinterability, D 50 is limited to 0.20 μm or less.

一方で粉末の粒子径を小さくするのみでは、ハンドリング性に問題が生じるととともに、焼結性が却って悪化する場合がある。すなわち粉砕などの手法で粉末を微細化すると、粉末中の粒子にチッピングが起こり、その結果、粒子が角張った形状になる。このような粉末をスラリー化して湿式処理に供すると、スラリー粘度が高くなり過ぎるととともに、スラリー状態が不安定になる恐れがある。また乾式処理を行う場合であっても、粉末の流動性が悪化して充填密度を上げることが困難になり、これが焼結性の悪化につながることがある。 On the other hand, simply reducing the particle size of the powder can lead to problems with handling and can actually worsen sinterability. In other words, when the powder is made fine by methods such as grinding, chipping occurs in the particles in the powder, resulting in angular particles. If such powder is made into a slurry and subjected to wet processing, the slurry viscosity may become too high and the slurry state may become unstable. Even when dry processing is performed, the fluidity of the powder may deteriorate, making it difficult to increase the packing density, which can lead to poor sinterability.

これに対して平均粒子径(D50)を小さくするともに、D50×SBETを小さく維持することで、ハンドリング性を良好に維持しながら焼結性の向上を図ることが可能になる。すなわち粒子径が同じであれば、粒子形状が丸みを帯びているほど、比表面積(SBET)は小さくなる。そのためD50を小さくするとともにD50×SBETを低く抑えることで、粒子径が小さくとも破断面やチッピングの少ない粒子にすることが可能である。本実施形態のアルミナ粉末は、そこに含まれる粒子の形状が丸みを帯びて粒子径が揃っている。そのためスラリー化した際にスラリー粘度の過度な上昇や不安定化を抑制することができる。また流動性及び成形性が優れたものになる。これらが相乗的に働く結果、優れた焼結性及びハンドリング性の両立が可能になる。D50は0.19μm以下であってもよい。またD50×SBETは1.9×10-6/g以下であってもよい。一方で粒子径が過度に小さいと、ハンドリング性悪化の影響を抑えることが困難になる。したがってD50は0.05μm以上であってよく、0.10μm以上であってよく、0.15μm以上であってもよい。 On the other hand, by reducing the average particle size (D 50 ) and keeping D 50 × S BET small, it is possible to improve the sinterability while maintaining good handleability. That is, if the particle size is the same, the rounder the particle shape, the smaller the specific surface area (S BET ). Therefore, by reducing D 50 and keeping D 50 × S BET low, it is possible to make particles with fewer fracture surfaces and chipping even if the particle size is small. In the alumina powder of this embodiment, the shape of the particles contained therein is rounded and the particle size is uniform. Therefore, when it is made into a slurry, it is possible to suppress excessive increase and instability of the slurry viscosity. In addition, the fluidity and moldability are excellent. As a result of these working synergistically, it is possible to achieve both excellent sinterability and handleability. D 50 may be 0.19 μm or less. Furthermore, D 50 × S BET may be 1.9 × 10 −6 m 3 /g or less. On the other hand, if the particle size is too small, it becomes difficult to suppress the adverse effect of deterioration in handling properties. Therefore, D50 may be 0.05 μm or more, 0.10 μm or more, or 0.15 μm or more.

また本実施形態のアルミナ粉末は、ナトリウム(Na)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)のそれぞれの含有量が10ppm以下である。すなわちNa量が10ppm以下、Si量が10ppm以下、Fe量が10ppm以下、及びCa量が10ppm以下である。不純物は、焼結体において粒界相を形成する。例えばナトリウム(Na)やカルシウム(Ca)はケイ素(Si)とともにガラス相を形成する。またカルシウム(Ca)は主相中のアルミナ(Al)と反応してCaO・6Alなどの化合物を形成することがある。このような粒界相は異常粒成長を引き起こすため好ましくない。すなわち異常粒成長が起こると、局所的に粗大な粒子が発生し、全体としての均質な焼結性が損なわれることがある。その結果、閉空孔が生じてしまい、最終的な焼結密度が低くなることがある。また不純物の一部が主相中に取り込まれて、主相の電気抵抗を小さくする恐れがある。例えばナトリウム(Na)は主相アルミナ(Al)中に取り込まれてβ-アルミナ(NaO・11Al)になる。β-アルミナは電池の固体電解質として用いられる材料であり導電性が高い。このように不純物が多いと、焼結性や電気抵抗性(絶縁性)が悪化する。 In addition, the alumina powder of this embodiment has a content of each of sodium (Na), silicon (Si), iron (Fe) and calcium (Ca) of 10 ppm or less. That is, the Na content is 10 ppm or less, the Si content is 10 ppm or less, the Fe content is 10 ppm or less, and the Ca content is 10 ppm or less. Impurities form grain boundary phases in the sintered body. For example, sodium (Na) and calcium (Ca) form a glass phase together with silicon (Si). Also, calcium (Ca) may react with alumina (Al 2 O 3 ) in the main phase to form compounds such as CaO.6Al 2 O 3. Such grain boundary phases are not preferable because they cause abnormal grain growth. That is, when abnormal grain growth occurs, coarse particles are generated locally, and the homogeneous sintering property as a whole may be impaired. As a result, closed voids may be generated, and the final sintered density may be reduced. Also, some of the impurities may be taken into the main phase, reducing the electrical resistance of the main phase. For example, sodium (Na) is incorporated into the main phase alumina (Al 2 O 3 ) to become β-alumina (Na 2 O·11Al 2 O 3 ). β-alumina is a material used as a solid electrolyte in batteries and has high electrical conductivity. If there are a lot of impurities like this, the sinterability and electrical resistance (insulation properties) will deteriorate.

特に本実施形態のアルミナ粉末は、平均粒子径(D50)が小さく、焼結駆動力が大きい。そのため不純物による焼結性や電気抵抗への悪影響を受けやすい。したがって不純物(Na、Si、Fe及びCa)のそれぞれの含有量を10ppm以下に限定している。それぞれの含有量は、9ppm以下が好ましく、8ppm以下がより好ましい。 In particular, the alumina powder of this embodiment has a small average particle size ( D50 ) and a large sintering driving force. Therefore, it is easily adversely affected by impurities on sinterability and electrical resistance. Therefore, the content of each of the impurities (Na, Si, Fe, and Ca) is limited to 10 ppm or less. Each content is preferably 9 ppm or less, and more preferably 8 ppm or less.

本実施形態のアルミナ粉末は、式:1.6×10-6/g≦D50×SBETで表される関係をさらに満足してもよい。アルミナ粒子の形状が最大限に丸みを帯びると、真球状粒子になる。完全な真球状粒子のD50×SBETを、アルミナの密度(3.98g/cm)を用いて計算により求めると、この値は1.51×10-6/gになる。真球状アルミナ粒子を製造する手法も知られているが、これらの手法は高価な原料を必要とするとともに製法が複雑である。後述する実施例にて説明するように、本実施形態のアルミナ粉末を構成する粒子は、丸みを帯びて粒子径が揃っているものの、完全な真球状粒子ではない。また高価な原料を必要とせず製法も簡単である。そのためD50×SBETを完全な真球状粒子ほど低くする必要はなく、製造コストを低く抑えることができる。D50×SBETは1.7×10-6/g以上であってよく、1.8×10-6/g以上であってもよい。 The alumina powder of this embodiment may further satisfy the relationship expressed by the formula: 1.6×10 −6 m 3 /g≦D 50 ×S BET . When the shape of the alumina particles is maximally rounded, they become spherical particles. When the D 50 ×S BET of a perfectly spherical particle is calculated using the density of alumina (3.98 g/cm 3 ), this value becomes 1.51×10 −6 m 3 /g. Although methods for producing spherical alumina particles are also known, these methods require expensive raw materials and are complicated in their manufacturing process. As will be described in the examples below, the particles constituting the alumina powder of this embodiment are rounded and have a uniform particle size, but are not perfectly spherical particles. In addition, expensive raw materials are not required and the manufacturing process is simple. Therefore, it is not necessary to lower the D 50 ×S BET as much as for a perfectly spherical particle, and the manufacturing cost can be kept low. D 50 ×S BET may be 1.7×10 −6 m 3 /g or more, and may be 1.8×10 −6 m 3 /g or more.

本実施形態のアルミナ粉末は、好ましくはX線回折(XRD)プロファイルにおける(113)回折線の半値全幅(FWHM)が0.240°以下、より好ましくは0.230°以下である。一般に、微細な粉末は強解砕(強粉砕)により作製されている。しかしながら強い粉砕力を与えて解砕したアルミナ粉末では、その一次粒子の結晶表面に歪みが生じている。このような結晶表面の歪みは、アルミナ粒子表面を活性化させてハンドリング特性やスラリー特性に悪影響を及ぼす恐れがある。これに対して本実施形態のアルミナ粉末は、微細な一次粒子から構成されるものの、結晶歪みが少なく、結晶性に優れている。FWHMは小さいほど好ましいが、典型的には0.200°以上である。 The alumina powder of this embodiment preferably has a full width at half maximum (FWHM) of the (113) diffraction line in the X-ray diffraction (XRD) profile of 0.240° or less, more preferably 0.230° or less. In general, fine powders are produced by strong crushing (strong grinding). However, in alumina powder crushed by applying a strong crushing force, distortion occurs on the crystal surface of the primary particles. Such distortion of the crystal surface may activate the alumina particle surface and adversely affect the handling characteristics and slurry characteristics. In contrast, the alumina powder of this embodiment is composed of fine primary particles, but has little crystal distortion and excellent crystallinity. The smaller the FWHM, the more preferable, but it is typically 0.200° or more.

本実施形態のアルミナ粉末は、好ましくは加圧嵩密度(GD)が2.20g/cm以上である。このように加圧嵩密度の高い粉末にすることで、この粉末から作製した成型体の密度を高めることができ、その結果、焼結体においても気孔(欠陥)の発生を抑えることが可能になる。なお加圧嵩密度は、アルミナ粉末を350kgf/cmの圧力で加圧時間無し(0分)の条件で加圧成型して得られた成型体(成型ピース)の嵩密度である。また加圧嵩密度の上限は高いほど好ましいが、典型的には2.50g/cm以下である。 The alumina powder of this embodiment preferably has a pressed bulk density (GD) of 2.20 g/cm 3 or more. By making the powder have such a high pressed bulk density, the density of the molded body made from this powder can be increased, and as a result, it is possible to suppress the occurrence of pores (defects) even in the sintered body. The pressed bulk density is the bulk density of the molded body (molded piece) obtained by pressurizing the alumina powder under a pressure of 350 kgf/cm 2 and no pressing time (0 minutes). The upper limit of the pressed bulk density is preferably as high as possible, but is typically 2.50 g/cm 3 or less.

アルミナ粉末は、好ましくは体積粒度分布における10%粒径(D10)、50%粒径(D50)及び90%粒径(D90)が、式:(D90-D10)/D50≦1.1で表される関係を満足する。アルミナ粉末の粒度分布が過度に広い場合には、焼結性やハンドリング性が悪化する恐れがある。したがって過度に広い粒度分布は好ましくない。(D90-D10)/D50は1.1以下がより好ましい。 The alumina powder preferably has a 10% particle size (D 10 ), a 50% particle size (D 50 ), and a 90% particle size (D 90 ) in the volumetric particle size distribution that satisfy the relationship expressed by the formula: (D 90 -D 10 )/D 50 ≦1.1. If the particle size distribution of the alumina powder is too broad, there is a risk that the sinterability and handling properties will deteriorate. Therefore, an excessively broad particle size distribution is not preferable. It is more preferable that (D 90 -D 10 )/D 50 is 1.1 or less.

本実施形態のアルミナ粉末は、好ましくはα化度が80.0%以上、より好ましくは90.0%以上である。α化度が80.0%未満であると、アルミナ粉末から焼結体を作製する際に、焼成時の収縮が大きく、気孔が生成し易くなる。そのため焼結体が緻密化しにくくなり特性が劣化する恐れがある。したがってα化度は高いほど好ましい。なおα化度は、X線回折法によりアルミナ粉末のX線回折パターンを求め、回折パターンの(012)面及び(116)面のX線回折強度を、α化度100%の標準試料の回折強度と比較することで求めることができる。 The alumina powder of this embodiment preferably has a degree of alpha-conversion of 80.0% or more, more preferably 90.0% or more. If the degree of alpha-conversion is less than 80.0%, when a sintered body is made from the alumina powder, the shrinkage during firing is large and pores are likely to form. This makes it difficult to densify the sintered body, which may result in deterioration of its characteristics. Therefore, the higher the degree of alpha-conversion, the better. The degree of alpha-conversion can be determined by determining the X-ray diffraction pattern of the alumina powder using an X-ray diffraction method, and comparing the X-ray diffraction intensities of the (012) and (116) planes of the diffraction pattern with the diffraction intensities of a standard sample with a degree of alpha-conversion of 100%.

このような本実施形態のアルミナ粉末は、微細であるという特徴を活かして、焼結性に優れている。実際、本発明者らは、従来のアルミナ粉末に比べて著しく低温で緻密な焼結体を製造し得ることを確認している。 The alumina powder of this embodiment has excellent sinterability due to its fine particle size. In fact, the inventors have confirmed that dense sintered bodies can be produced at significantly lower temperatures than with conventional alumina powders.

また、本実施形態のアルミナ粉末は、微細でありながらもスラリー特性に優れている。すなわちこのアルミナ粉末を含むスラリーは粘度が低く且つ安定である。一般に粉末の粒子径が小さくなると、粒子間の相互作用が強くなり、良分散させることが困難になる。そのためスラリー中で粉末を分散させるために、より強いせん弾力を加える必要がある。また、たとえ一時的に分散させたとしても、スラリー中で粉末が凝集又はゲル化し易く、スラリーが不安定になる。これに対して本実施形態のアルミナ粉末は、弱いせん断力でも分散でき、またスラリーが長時間にわたって良分散状態を維持する。これは粒子形状が丸みを帯びて粒子径が揃っているため、粒子間の相互作用が小さく、これがスラリーの低粘度化及び安定化につながっているのではないかと推察している。 The alumina powder of this embodiment is fine yet has excellent slurry properties. In other words, a slurry containing this alumina powder has low viscosity and is stable. In general, as the particle size of the powder becomes smaller, the interaction between the particles becomes stronger, making it difficult to disperse well. Therefore, in order to disperse the powder in the slurry, it is necessary to apply a stronger shear force. Even if the powder is dispersed temporarily, the powder is likely to aggregate or gel in the slurry, making the slurry unstable. In contrast, the alumina powder of this embodiment can be dispersed even with a weak shear force, and the slurry maintains a well-dispersed state for a long time. This is because the particle shape is rounded and the particle size is uniform, so the interaction between the particles is small, which is thought to lead to the low viscosity and stabilization of the slurry.

その上、本実施形態のアルミナ粉末は、高周波領域で優れた誘電特性を示す。すなわちこのアルミナ粉末を原料に用いることで、誘電損失及び伝送損失の小さいアルミナ焼結体を作製することができる。実際、本発明者らは、10GHz以上の高周波領域で誘電正接(tanδ)及び伝送損失が小さいアルミナ焼結体を得ることができることを確認している。 Furthermore, the alumina powder of this embodiment exhibits excellent dielectric properties in the high frequency range. In other words, by using this alumina powder as a raw material, it is possible to produce an alumina sintered body with small dielectric loss and transmission loss. In fact, the inventors have confirmed that it is possible to obtain an alumina sintered body with small dielectric tangent (tan δ) and transmission loss in the high frequency range of 10 GHz or more.

スラリー
本実施形態のスラリーは、上述したアルミナ粉末と、水等の溶媒と、必要に応じて分散剤とを、混合して作製される。スラリー中のアルミナ粉末濃度は限定されるものではないが、例えば10~70質量%であってよく、30~70質量%であってよい。分散剤は限定されるものではないが、例えばポリカルボン酸アンモニウム系分散剤が挙げられる、分散剤の含有量は、例えば1~10質量%であってよい。
Slurry The slurry of this embodiment is prepared by mixing the above-mentioned alumina powder, a solvent such as water, and, if necessary, a dispersant. The concentration of the alumina powder in the slurry is not limited, but may be, for example, 10 to 70 mass %, or may be, for example, 30 to 70 mass %. The dispersant is not limited, but may be, for example, a polycarboxylate ammonium dispersant, and the content of the dispersant may be, for example, 1 to 10 mass %.

本実施形態のスラリーは、せん断速度によらず粘度が低いという特徴がある。例えば、せん断速度300~1000/秒の範囲でせん断速度を上昇及び下降させたときに粘度を6mPa・秒以下にすることができる。スラリーは非ニュートン流体であり、せん断速度とせん断応力とが比例関係を示さない。そのためスラリーの流動特性を評価する際は、せん断速度とせん断応力の関係である流動曲線によって評価することが好ましい。そのような手法として、JIS Z 8803で規定される円すい-平板形回転粘度計(コーンプレート形回転粘度計)を用いた手法が挙げられる。コーンプレート形回転粘度計では、試料(スラリー)を円すいと平板で挟み、円すいを一定速度で回転させてその時の回転トルクを測定する。せん断応力は回転トルクから計算することができる。 The slurry of this embodiment has a characteristic that the viscosity is low regardless of the shear rate. For example, when the shear rate is increased and decreased in the range of shear rates from 300 to 1000/sec, the viscosity can be reduced to 6 mPa·sec or less. The slurry is a non-Newtonian fluid, and the shear rate and the shear stress do not show a proportional relationship. Therefore, when evaluating the flow characteristics of the slurry, it is preferable to evaluate it using a flow curve, which is the relationship between the shear rate and the shear stress. One such method is a method using a cone-plate type rotational viscometer (cone-plate type rotational viscometer) specified in JIS Z 8803. In the cone-plate type rotational viscometer, the sample (slurry) is sandwiched between a cone and a plate, and the cone is rotated at a constant speed to measure the rotational torque at that time. The shear stress can be calculated from the rotational torque.

また本実施形態のスラリーは、長時間にわたって安定であるという特徴がある。スラリーの安定性は、重力場での沈降状態を調べることで評価が可能である。そのような手法として、静水圧式スラリー評価装置を用いた沈降静水圧測定が挙げられる。沈降静水圧測定の測定原理を図1及び図2を用いて説明する。図1に示すように、静水圧式スラリー評価装置は、上面が開口した沈降管と、この管内に先端が装入された圧力伝達管と、この圧力伝達管の他端部に設けられた圧力センサーと、から構成されている。沈降管にスラリーを入れて、深さHにおける静水圧を測定する。スラリー中の全粒子が懸濁している状態では、静水圧が最大となる。一方でスラリー中の全ての粒子が深さHを通過して沈降すると、静水圧が最小になる。したがって、静水圧(P)を時間(t)の関数で求めると、粒子の分散安定性を評価することができる。例えば図2に示されるように、良分散性のスラリーは、長時間経過後であっても静水圧の変化は小さい。一方でスラリー中の粒子が凝集又はゲル化すると静水圧が減少する。本実施形態のスラリーは分散状態が良好であり、静水圧の変化が小さい。 The slurry of this embodiment is also characterized by being stable for a long time. The stability of the slurry can be evaluated by examining the settling state in a gravitational field. One such method is settling hydrostatic pressure measurement using a hydrostatic slurry evaluation device. The measurement principle of settling hydrostatic pressure measurement is explained with reference to Figures 1 and 2. As shown in Figure 1, the hydrostatic slurry evaluation device is composed of a settling tube with an open top, a pressure transmission tube whose tip is inserted into this tube, and a pressure sensor installed at the other end of the pressure transmission tube. The slurry is placed in the settling tube and the hydrostatic pressure at depth H is measured. When all the particles in the slurry are suspended, the hydrostatic pressure is maximum. On the other hand, when all the particles in the slurry pass through depth H and settle, the hydrostatic pressure is minimum. Therefore, the dispersion stability of the particles can be evaluated by determining the hydrostatic pressure (P) as a function of time (t). For example, as shown in Figure 2, a well-dispersed slurry has a small change in hydrostatic pressure even after a long time has passed. On the other hand, when the particles in the slurry aggregate or gel, the hydrostatic pressure decreases. The slurry of this embodiment has a good dispersion state, and the change in hydrostatic pressure is small.

アルミナ焼結体
本実施形態のアルミナ焼結体は、上述したアルミナ粉末を成形し、得られた成型体を焼成(焼結)して作製される。成形は、プレス成形、鋳込み成形、射出成形及び押出成形など公知の手法で行えばよい。また成型体に冷間静水圧プレス(CIP)処理を施してもよい。焼成も公知の条件で行えばよい。例えば、大気、真空又は水素雰囲気下1300~1500℃で1~5時間の条件で焼成を行えばよい。
Alumina Sintered Body The alumina sintered body of this embodiment is produced by molding the above-mentioned alumina powder and firing (sintering) the resulting molded body. The molding may be performed by a known method such as press molding, casting, injection molding, or extrusion molding. The molded body may also be subjected to a cold isostatic pressing (CIP) treatment. The firing may also be performed under known conditions. For example, firing may be performed under conditions of 1300 to 1500°C in air, vacuum, or hydrogen atmosphere for 1 to 5 hours.

本実施形態のアルミナ焼結体は、高周波領域で良好な誘電特性を示すという特徴がある。例えば、10GHzにおける比誘電率(εr)を8.0~12.0にすることができ、9.0~11.0にすることもできる。また10GHzにおける誘電正接(tanδ)を0.20×10-4以下にすることができ、0.15×10-4以下にすることもできる。このように高周波領域で比誘電率及び誘電正接が小さいアルミナ焼結体は、限定されるものではないが、第5世代移動通信システム(5G)におけるアンテナ材料として好適である。 The alumina sintered body of this embodiment is characterized by exhibiting good dielectric properties in the high frequency range. For example, the relative dielectric constant (εr) at 10 GHz can be set to 8.0 to 12.0, and can also be set to 9.0 to 11.0. The dielectric loss tangent (tan δ) at 10 GHz can be set to 0.20×10 −4 or less, and can also be set to 0.15×10 −4 or less. The alumina sintered body having such a small relative dielectric constant and dielectric loss tangent in the high frequency range is suitable as an antenna material for the fifth generation mobile communication system (5G), although it is not limited thereto.

この点について説明するに、第5世代移動通信システム(5G)は、スマートフォンに代表される第4世代(4G)に続くシステムであり、2020年春から日本での商用サービスがスタートする。5Gでは、6GHz未満のマイクロ波とともに24GHz以上のミリ波といった極めて高い周波数領域での電波が利用される。このような高周波を利用する5Gは、高速大容量、高信頼・低遅延通信、多数同時接続という3つの特徴を有している。 To explain this point, the fifth generation mobile communications system (5G) is the successor to the fourth generation (4G) represented by smartphones, and commercial services will start in Japan in the spring of 2020. 5G uses radio waves in the extremely high frequency range, including microwaves below 6 GHz and millimeter waves above 24 GHz. 5G, which uses such high frequencies, has three characteristics: high speed and large capacity, highly reliable and low latency communication, and multiple simultaneous connections.

高周波を利用する5Gにおいて、アンテナ材料の伝送損失を小さくすることが重要である。すなわち無線通信において発信された電波は、アンテナ材料で熱に変化する。この際に発生する伝送損失の損失量(a)は、下記式(1)に示されるように、電波の周波数(f)、アンテナ材料の比誘電率(εr)の平方根、及びアンテナ材料の誘電正接(tanδ)の積に比例する。なお下記式(1)においてKは比例定数である。 In 5G, which uses high frequencies, it is important to reduce the transmission loss of antenna materials. That is, radio waves transmitted in wireless communication are converted into heat by the antenna material. The amount of transmission loss (a) that occurs at this time is proportional to the product of the frequency of the radio waves (f), the square root of the relative dielectric constant (εr) of the antenna material, and the dielectric tangent (tan δ) of the antenna material, as shown in the following formula (1). In the following formula (1), K is a proportionality constant.

Figure 0007516872000001
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伝送損失(a)は周波数(f)に比例することから、使用周波数が高くなるにつれ、アンテナ材料の損失をより小さくすることが必要である。4G以前の周波数領域におけるアンテナ材料として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が知られているが、5Gへと高周波化が進むと、PTFEでは損失が大きくアンテナ材料として不十分である。本実施形態のアルミナ焼結体は、高周波領域での誘電正接(tanδ)及び伝送損失をPTFEより小さくすることが可能である。そのため5Gにおけるアンテナ材料として期待がもたれる。 Since transmission loss (a) is proportional to frequency (f), it is necessary to reduce the loss of the antenna material as the frequency used increases. Polytetrafluoroethylene (PTFE) is known as an antenna material in the frequency range before 4G, but as frequencies increase to 5G, PTFE has large losses and is insufficient as an antenna material. The alumina sintered body of this embodiment can reduce the dielectric tangent (tan δ) and transmission loss in the high frequency range compared to PTFE. Therefore, it is expected to be used as an antenna material for 5G.

なお本実施形態のアルミナ焼結体は、その用途が5Gアンテナ材料に限定される訳ではない。回路基板、キャパシタ・抵抗体用基板、IC基板、センサー部材用基板、多層基板、パッケージ、RF窓、及び半導体製造装置など、アンテナ以外の用途に有用であることは言うまでもない。 The alumina sintered body of this embodiment is not limited to use as a 5G antenna material. It goes without saying that it is useful for applications other than antennas, such as circuit boards, capacitor/resistor boards, IC boards, sensor component boards, multilayer boards, packages, RF windows, and semiconductor manufacturing equipment.

アルミナ粉末の製造方法
本実施形態のアルミナ粉末は、上述した要件を満足する限りにおいて、その製造方法が限定されるものではない。しかしながら、好適な製造方法は、水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子を準備する工程(準備工程)と、準備した水酸化アルミニウム粉末にα-アルミナ種子を混合して、α-アルミナ種子を10~20質量%含有する水酸化アルミニウム混合原料にする工程(混合工程)と、得られた水酸化アルミニウム混合原料に、乾式ビーズミルを用いたメカノケミカル処理を施して、結晶水の含有量が21.0質量%以下であり、示差走査熱量分析で750~850℃の温度範囲内で発熱ピークを示す無定形水酸化アルミニウムにする工程(メカノケミカル処理工程)と、得られた無定形水酸化アルミニウムを900~1000℃の範囲内の温度で熱処理する工程(熱処理工程)と、を含む。
Manufacturing method of alumina powder The manufacturing method of the alumina powder of this embodiment is not limited as long as it satisfies the above-mentioned requirements. However, a suitable manufacturing method includes a step of preparing aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds (preparation step), a step of mixing the prepared aluminum hydroxide powder with α-alumina seeds to obtain an aluminum hydroxide mixed raw material containing 10 to 20 mass% of α-alumina seeds (mixing step), a step of subjecting the obtained aluminum hydroxide mixed raw material to mechanochemical treatment using a dry bead mill to obtain amorphous aluminum hydroxide having a crystal water content of 21.0 mass% or less and exhibiting an exothermic peak in a temperature range of 750 to 850 ° C. in differential scanning calorimetry (mechanochemical treatment step), and a step of heat treating the obtained amorphous aluminum hydroxide at a temperature in the range of 900 to 1000 ° C. (heat treatment step).

この製造方法は、水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子の混合原料にメカノケミカル処理を施して作製した特定の無定形水酸化アルミニウムを中間原料にすることを特徴としている。この無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低い。そのためこの無定形水酸化アルミニウムを中間原料にすることで、微細且つ高α化度の高品質のα-アルミナ粉末を簡便に得ることができる。各工程の詳細について以下に説明する。 This manufacturing method is characterized by using a specific amorphous aluminum hydroxide as an intermediate raw material, which is produced by subjecting a mixed raw material of aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds to mechanochemical processing. This amorphous aluminum hydroxide has an extremely low crystal transition temperature to α-alumina. Therefore, by using this amorphous aluminum hydroxide as an intermediate raw material, fine, high-quality α-alumina powder with a high degree of α-conversion can be easily obtained. Details of each process are explained below.

<準備工程>
準備工程では、水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子を準備する。水酸化アルミニウム粉末として、ギブサイトやバイヤーライトなどを用いることができる。しかしながら、製造コストを踏まえるとギブサイトが好ましい。また、水酸化アルミニウム粉末は何れの方法で製造されたものであってもよいが、バイヤー法で製造されたものが好ましい。粉末の流動性や扱いやすさの観点から、水酸化アルミニウム粉末は、その平均粒子径(D50)が3~50μm、BET比表面積(SBET)が0.2~5.0m/gであるものが好ましい。汎用的な水酸化アルミニウム粉末は、平均粒子径やBET比表面積が上記範囲内である。本実施形態の製造方法では、汎用の水酸化アルミニウム粉末原料を用いることが可能であり、その結果、製造コスト低減及び簡便さというメリットを最大限に生かすことができる。
<Preparation process>
In the preparation step, aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds are prepared. As the aluminum hydroxide powder, gibbsite, Bayerite, etc. can be used. However, gibbsite is preferable in consideration of the manufacturing cost. In addition, the aluminum hydroxide powder may be produced by any method, but it is preferable that it is produced by the Bayer process. From the viewpoint of the flowability and ease of handling of the powder, it is preferable that the aluminum hydroxide powder has an average particle size (D 50 ) of 3 to 50 μm and a BET specific surface area (S BET ) of 0.2 to 5.0 m 2 /g. The general-purpose aluminum hydroxide powder has an average particle size and a BET specific surface area within the above range. In the manufacturing method of this embodiment, it is possible to use a general-purpose aluminum hydroxide powder raw material, and as a result, the advantages of reduced manufacturing costs and simplicity can be maximized.

一方で無定形水酸化アルミニウムのα化転移を低温化させる観点から、α-アルミナ種子は、高α化度且つ微粒であることが好ましい。α化度は、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。平均粒子径(D50)は0.1~0.5μm、BET比表面積(SBET)は5~15m/gが好ましい。 On the other hand, from the viewpoint of lowering the temperature of the alpha-alumina transition of amorphous aluminum hydroxide, it is preferable that the alpha-alumina seeds have a high degree of alpha-conversion and are fine particles. The degree of alpha-conversion is preferably 90% or more, more preferably 95% or more. The average particle size (D 50 ) is preferably 0.1 to 0.5 μm, and the BET specific surface area (S BET ) is preferably 5 to 15 m 2 /g.

<混合工程>
混合工程では、準備した水酸化アルミニウム粉末にα-アルミナ種子を混合して、α-アルミナ種子を10~20質量%含有する水酸化アルミニウム混合原料にする。混合手法は特に限定されない。α-アルミナ種子を加えることで、得られる無定形水酸化アルミニウムの結晶転移温度低下の効果を十分に発揮させることが可能となる。α化転移を低温化させる観点から、α-アルミナ種子の含有量は高いほど好ましい。しかしながら、高品質のα-アルミナ種子は高価である。本実施形態においては、α化転移低温化の効果及び経済性のバランスの観点から、α-アルミナ種子の含有量を10~20質量%としている。α-アルミナ種子の含有量は、好ましくは15~20質量%である。
<Mixing step>
In the mixing step, the prepared aluminum hydroxide powder is mixed with α-alumina seeds to obtain an aluminum hydroxide mixed raw material containing 10 to 20 mass% of α-alumina seeds. The mixing method is not particularly limited. By adding α-alumina seeds, it is possible to fully exert the effect of lowering the crystal transition temperature of the obtained amorphous aluminum hydroxide. From the viewpoint of lowering the temperature of the alpha transition, the higher the content of the α-alumina seeds, the more preferable. However, high-quality α-alumina seeds are expensive. In this embodiment, from the viewpoint of the balance between the effect of lowering the temperature of the alpha transition and economic efficiency, the content of the α-alumina seeds is set to 10 to 20 mass%. The content of the α-alumina seeds is preferably 15 to 20 mass%.

α-アルミナ種子による結晶転移温度低下について、次のように推測している。すなわち、α-アルミナを種子として水酸化アルミニウム原料中に少量添加することで、α化転移温度が低下する現象は古くから知られている。本発明においては、原料である水酸化アルミニウム(ギブサイト等)とα-アルミナ種子とを、まず混合状態の原料粉体に調整し、同時にメカノケミカル処理を施すことによって、著しく小さくなるよう粉砕する。そのため、比表面積が増大している無定形水酸化アルミニウム一次粒子とα-アルミナ種子とが粒子界面で密接に凝集し、目的とする相互作用がより均一化される。その結果、無定形水酸化アルミニウムが、χアルミナなどの中間アルミナ相を経由せずに、本来では相転移しないような低温領域でのα化転移が可能になると考えている。 The reason for the decrease in crystal transition temperature due to α-alumina seeds is speculated as follows. That is, the phenomenon that the α-alumina transition temperature decreases by adding a small amount of α-alumina as seeds to aluminum hydroxide raw material has been known for a long time. In the present invention, the raw materials aluminum hydroxide (gibbsite, etc.) and α-alumina seeds are first adjusted to a mixed raw material powder, and at the same time, they are pulverized into extremely small particles by mechanochemical treatment. As a result, the amorphous aluminum hydroxide primary particles with an increased specific surface area and the α-alumina seeds are closely aggregated at the particle interface, making the desired interaction more uniform. As a result, it is believed that amorphous aluminum hydroxide can undergo α-transition at a low temperature range where phase transition would not normally occur, without passing through an intermediate alumina phase such as chi-alumina.

<メカノケミカル処理工程>
メカノケミカル処理工程では、得られた水酸化アルミニウム混合原料に、乾式ビーズミルを用いたメカノケミカル処理を施して、無定形水酸化アルミニウムにする。無定形水酸化アルミニウムは、無定形化された水酸化アルミニウムを主体とする。水酸化アルミニウムは、完全な結晶状態では、ギブサイト(Al(OH))などの組成を有する化合物である。無定形水酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウムの結晶性が消失又は低下しているとともに、結晶水の一部が抜け出ている。したがって、無定形水酸化アルミニウムは、完全な結晶状態である水酸化アルミニウムとは、結晶状態及び結晶水量が異なる。無定形化の程度は、X線回折で測定されるギブサイトの結晶ピーク(002)面の強度(CPS)と、結晶水含有量(LOI)で評価することができる。本発明において、無定形水酸化アルミニウムとは、X線回折で測定されるギブサイトの結晶ピーク(002)面の強度が350CPS以下で、かつ結晶水量が21.0質量%以下のものを指す。これに対して、無定形化されていないギブサイトは、その結晶水量が、34.7質量%程度である。
<Mechanochemical treatment process>
In the mechanochemical treatment step, the obtained aluminum hydroxide mixed raw material is subjected to mechanochemical treatment using a dry bead mill to produce amorphous aluminum hydroxide. Amorphous aluminum hydroxide is mainly composed of amorphous aluminum hydroxide. In a completely crystalline state, aluminum hydroxide is a compound having a composition such as gibbsite (Al(OH) 3 ). In amorphous aluminum hydroxide, the crystallinity of aluminum hydroxide disappears or decreases, and some of the crystal water is removed. Therefore, amorphous aluminum hydroxide differs in crystal state and amount of crystal water from aluminum hydroxide in a completely crystalline state. The degree of amorphization can be evaluated by the intensity (CPS) of the crystal peak (002) plane of gibbsite measured by X-ray diffraction and the crystal water content (LOI). In the present invention, amorphous aluminum hydroxide refers to one having an intensity of 350 CPS or less of the crystal peak (002) plane of gibbsite measured by X-ray diffraction and an amount of crystal water of 21.0 mass% or less. In contrast, the amount of water of crystallization in non-amorphous gibbsite is about 34.7% by mass.

本実施形態の無定形水酸化アルミニウムは、結晶水含有量(LOI)が21.0質量%以下である。無定形水酸化アルミニウムは、結晶水量が、完全な結晶状態である水酸化アルミニウムより少ない。後述するように、本発明の無定形水酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子からなる混合原料に、乾式ボールミルを用いたメカノケミカル処理(無定形化処理)を施すことにより作製することができる。乾式ビーズミルを用いた無定形化処理の際、ギブサイト等の水酸化アルミニウム結晶を構成する一次粒子が微細な領域まで擦り潰され、内包する結晶水は外に吐き出される。結晶水量が少なくなるまで粉砕が進み、十分に微細な一次粒子となることで、α-アルミナへの結晶転移温度を十分に低くすることが可能になると推測している。無定形化を進める観点から、結晶水含有量は17.0質量%以下が好ましい。結晶水含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、典型的には15.0質量%以上にしてもよい。 The amorphous aluminum hydroxide of this embodiment has a crystal water content (LOI) of 21.0% by mass or less. The amount of crystal water in the amorphous aluminum hydroxide is less than that of aluminum hydroxide in a completely crystalline state. As described later, the amorphous aluminum hydroxide of the present invention can be produced by subjecting a mixed raw material consisting of aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds to mechanochemical treatment (amorphization treatment) using a dry ball mill. During the amorphization treatment using a dry bead mill, the primary particles constituting the aluminum hydroxide crystals such as gibbsite are ground down to a fine region, and the encapsulated crystal water is expelled to the outside. It is presumed that the grinding proceeds until the amount of crystal water is reduced, and the primary particles become sufficiently fine, making it possible to sufficiently lower the crystal transition temperature to α-alumina. From the viewpoint of promoting amorphization, the crystal water content is preferably 17.0% by mass or less. The lower limit of the crystal water content is not particularly limited, but may typically be 15.0% by mass or more.

また本実施形態の無定形水酸化アルミニウムは、示差走査熱量分析で750~850℃の温度範囲内で発熱ピークを示す。この発熱ピークはα-アルミナへの結晶転移(α-アルミナ化)に対応するものである。通常の水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が1100~1200℃である。これに対して、本発明の無定形水酸化アルミニウムは、結晶転移温度が750~850℃と極めて低い。無定形水酸化アルミニウムは、好ましくは810~830℃の温度範囲内で発熱ピークを示す。 The amorphous aluminum hydroxide of this embodiment also exhibits an exothermic peak in a temperature range of 750 to 850°C in differential scanning calorimetry. This exothermic peak corresponds to the crystal transition to α-alumina (α-aluminization). Ordinary aluminum hydroxide has a crystal transition temperature to α-alumina of 1100 to 1200°C. In contrast, the amorphous aluminum hydroxide of the present invention has an extremely low crystal transition temperature of 750 to 850°C. The amorphous aluminum hydroxide preferably exhibits an exothermic peak in a temperature range of 810 to 830°C.

無定形水酸化アルミニウムのBET比表面積は、特に限定されるものではないが、典型的には、15~50m/gである。なお、BET比表面積は、JIS1626に基づき、比表面積自動測定装置(マイクロメリテックス社、フローソーブII2300形)を用いて測定することができる。 The BET specific surface area of the amorphous aluminum hydroxide is not particularly limited, but is typically 15 to 50 m 2 /g. The BET specific surface area can be measured using an automatic specific surface area measuring device (Flowsorb II 2300 model, manufactured by Micromeritics) in accordance with JIS 1626.

無定形水酸化アルミニウムは、アルミニウム(Al)、酸素(O)及び水素(H)以外の元素の含有量が0.1質量%以下であることが好ましい。特に、ナトリウム(Na)含有量が0.01質量%以下、ジルコニウム(Zr)含有量が0.05質量%以下であることが好ましい。最終的な製品である易焼結セラミックスを製造する上で、ナトリウムやジルコニウムは焼結を阻害する成分であり、可能な限り少ないことが望ましい。本発明の無定形水酸化アルミニウムは、その製造時に、ナトリウム含有量が多いギブサイト等の水酸化アルミニウムを原料に用いても、無定形化処理の際に、結晶中に内包されるナトリウムが外に出てくるため、簡単に洗浄及び除去することができる。また、ナトリウム含有量の少ない原料を用いれば、当然、無定形水酸化アルミニウムのナトリウム含有量を減らすことができる。 The amorphous aluminum hydroxide preferably contains 0.1% by mass or less of elements other than aluminum (Al), oxygen (O), and hydrogen (H). In particular, the sodium (Na) content is preferably 0.01% by mass or less, and the zirconium (Zr) content is preferably 0.05% by mass or less. In producing the final product, which is an easily sintered ceramic, sodium and zirconium are components that inhibit sintering, and it is desirable to have as little of them as possible. Even if aluminum hydroxide such as gibbsite, which has a high sodium content, is used as a raw material during production of the amorphous aluminum hydroxide of the present invention, the sodium contained in the crystals comes out during the amorphous treatment, so it can be easily washed and removed. In addition, if a raw material with a low sodium content is used, the sodium content of the amorphous aluminum hydroxide can naturally be reduced.

結晶に対して粉砕操作を継続的に行うと、新生表面が増大するとともに繋ぎ手を失った表面原子及び/又は分子の数が増大し、それらの結合状態の乱れは表面層近傍に及ぶ。その結果、粉砕粒子は活性化する。また、乾式粉砕の場合は、粉末の凝集が起こり、見かけの表面積が減少する。粉砕粒子の活性表面は、空気中の水分やガスを表面吸着して、化学ポテンシャルが低下して安定になる。この一連の反応の際に、種々の相転移が起こる。このような現象及び効果をメカノケミカル反応といい、このようなメカノケミカル反応を引き起こす処理をメカノケミカル処理という。 When crystals are continuously milled, the newly formed surface area increases and the number of surface atoms and/or molecules that have lost their bonds increases, causing the disorder of their bonds to extend to the vicinity of the surface layer. As a result, the milled particles become activated. In the case of dry milling, the powder aggregates and the apparent surface area decreases. The activated surfaces of the milled particles adsorb moisture and gases in the air, lowering their chemical potential and making them stable. During this series of reactions, various phase transitions occur. These phenomena and effects are called mechanochemical reactions, and the process that causes such mechanochemical reactions is called mechanochemical processing.

本実施形態の製造方法では、メカノケミカル処理として、乾式ビーズミルを用いた処理を行う。乾式ビーズミル処理では、混合原料に高い粉砕シェアがかかり、メカノケミカル反応が効果的に引き起こされる。乾式ビーズミルは、媒体撹拌型粉砕機の一種であり、原料投入口と円筒容器(ベッセル)と円筒容器内に設けられた回転する撹拌部材(アジテータ)と処理粉の出口とから構成されている。また、ベッセル内のアジテータ間隙には、多数の粉砕媒体(ビーズ)が充填されている。乾式ビーズミルは、動作時にアジテータが高速回転し、ビーズを撹拌する。このとき、原料投入口から投入された原料は、アジテータ、ビーズ及びベッセル内壁と衝突を繰り返し、衝撃力、せん段力及び摩擦力などによって粉砕されるとともにメカノケミカル反応が引き起こされ、乾式処理粉となって出口から排出される。 In the manufacturing method of this embodiment, a dry bead mill is used as the mechanochemical treatment. In the dry bead mill treatment, a high crushing shear is applied to the mixed raw materials, which effectively induces a mechanochemical reaction. The dry bead mill is a type of media-agitation type grinder, and is composed of a raw material inlet, a cylindrical container (vessel), a rotating stirring member (agitator) installed in the cylindrical container, and an outlet for the processed powder. In addition, the agitator gap in the vessel is filled with a large number of crushing media (beads). In the dry bead mill, the agitator rotates at high speed during operation to stir the beads. At this time, the raw materials fed from the raw material inlet repeatedly collide with the agitator, beads, and the inner wall of the vessel, and are crushed by impact force, shear force, friction force, etc., and a mechanochemical reaction is induced, and the raw materials are discharged from the outlet as dry processed powder.

乾式ビーズミル処理によるメカノケミカル反応の詳細なメカニズムは不明であるが、次のように推測している。処理の際に、水酸化アルミニウムに高シェア状態の乾式粉砕処理が連続的にかかり続けられる。そのため、水酸化アルミニウム中の結晶水の一部が脱離する。また、それとともに、粉砕粒子とビーズとベッセル内壁の摩擦により装置内が高温化し、その結果、粉砕粒子(水酸化アルミニウム)中で部分的に水熱反応や溶解再析出のような相転移現象が起こる。実際、原料水酸化アルミニウム粉末として、ギブサイト(結晶水含有量34.7質量%)を用い、α-アルミナ種子の混合量を20質量%とした場合、水酸化アルミニウム混合原料の結晶水含有量は27.0質量%以上であるのに対し、乾式ビーズミル処理後の乾式処理粉の結晶水含有量は21.0質量%以下、場合によっては17.0質量%以下にまで低減する。このことから、乾式ビーズミル処理により、結晶水の脱離が起こることが理解される。 The detailed mechanism of the mechanochemical reaction caused by the dry bead milling process is unknown, but it is speculated as follows. During the process, the aluminum hydroxide is continuously subjected to a high-shear dry grinding process. As a result, some of the water of crystallization in the aluminum hydroxide is released. At the same time, the temperature inside the device rises due to friction between the ground particles, beads, and the inner wall of the vessel, and as a result, phase transition phenomena such as hydrothermal reactions and dissolution and reprecipitation occur partially in the ground particles (aluminum hydroxide). In fact, when gibbsite (water of crystallization content 34.7% by mass) is used as the raw aluminum hydroxide powder and the mixed amount of α-alumina seeds is 20% by mass, the water of crystallization content of the raw aluminum hydroxide mixture is 27.0% by mass or more, while the water of crystallization content of the dry-processed powder after the dry bead milling process is reduced to 21.0% by mass or less, and in some cases to 17.0% by mass or less. From this, it can be understood that the water of crystallization is released by the dry bead milling process.

乾式ビーズミルは、そのアジテータ周速(回転速度)が、好ましくは5.0~6.0m/秒、より好ましくは5.0~5.5m/秒であり、ビーズ充填量が、好ましくは60~70容量%、より好ましくは60~65容量%である。また、フィード量は、好ましく1.0~4.0kg/時、より好ましくは2.0~3.0kg/時である。アジテータ周速及びビーズ充填量が高いほど、メカノケミカル処理が、より効果的に行われ、高品質の無定形水酸化アルミニウムが得られる。また、フィード量が少ないほど、混合原料の滞留時間が長くなり、水酸化アルミニウムの無定形化が促進される。しかしながら、アジテータ周速及びビーズ充填量が過度に高いと、安定した連続運転が困難となる。また、フィード量が過度に少ないと、粉砕粉漏れによる収率低下等の問題が顕著となり、生産効率が悪くなる。アジテータ周速、ビーズ充填量及びフィード量が上記数値範囲内であれば、高品質の無定形化水酸化アルミニウムを、生産性よく得ることができる。 In the dry bead mill, the agitator peripheral speed (rotation speed) is preferably 5.0 to 6.0 m/s, more preferably 5.0 to 5.5 m/s, and the bead filling amount is preferably 60 to 70 volume %, more preferably 60 to 65 volume %. The feed amount is preferably 1.0 to 4.0 kg/h, more preferably 2.0 to 3.0 kg/h. The higher the agitator peripheral speed and bead filling amount, the more effectively the mechanochemical treatment is performed, and the higher the quality of amorphous aluminum hydroxide is obtained. The smaller the feed amount, the longer the residence time of the mixed raw materials, and the more the amorphous aluminum hydroxide is promoted. However, if the agitator peripheral speed and bead filling amount are excessively high, stable continuous operation becomes difficult. If the feed amount is excessively small, problems such as a decrease in yield due to leakage of crushed powder become prominent, and production efficiency decreases. If the agitator peripheral speed, bead loading amount, and feed amount are within the above numerical ranges, high-quality amorphous aluminum hydroxide can be obtained with good productivity.

メカノケミカル処理の際、水酸化アルミニウム混合原料を乾式ビーズミルで1回処理(1パス処理)してもよく、多数回処理(2パス処理、3パス処理等)してもよい。上述したように、フィード量が少ないほど水酸化アルミニウムの無定形化は促進されるが、生産効率が悪くなる。この点、多数回処理することで、フィード量を多くしても、フィード量を少なくして1回処理した場合と同じ結果が得られる。そのため、生産効率を維持しつつ、高品質の無定形水酸化アルミニウムが得られる。フィード量を2.0~3.0kg/時とし、2パス処理することが好ましい。またメカノケミカル処理の際、必要に応じて、水酸化アルミニウム混合原料に粉砕助剤を加えてもよい。粉砕助剤とし、例えば、エタノールが挙げられる。 During mechanochemical treatment, the aluminum hydroxide mixed raw material may be treated once (one-pass treatment) or multiple times (two-pass treatment, three-pass treatment, etc.) with a dry bead mill. As mentioned above, the smaller the feed amount, the more the aluminum hydroxide is made amorphous, but the lower the production efficiency. In this regard, by treating multiple times, even if the feed amount is increased, the same results can be obtained as when treating once with a small feed amount. Therefore, high-quality amorphous aluminum hydroxide can be obtained while maintaining production efficiency. It is preferable to set the feed amount to 2.0 to 3.0 kg/hour and perform two passes. In addition, during mechanochemical treatment, a grinding aid may be added to the aluminum hydroxide mixed raw material as necessary. An example of the grinding aid is ethanol.

乾式ビーズミル以外の一般的な乾式粉砕機、例えば、乾式ボールミルを用いて処理した場合では、処理粉のメカノケミカル反応が不十分であり、無定形水酸化アルミニウムを得ることができない。その上、このような一般的な乾式粉砕機では、処理時間を長くしても、粉砕粒子の微粒化には限界があり、比表面積を十分に高くすることができない。また、湿式粉砕機を用いて処理した場合には、粉砕粒子を1μm以下に微粒化することは可能であるが、メカノケミカル反応が不十分である。そのため、無定形水酸化アルミニウムを得ることができない。その上、湿式粉砕機を用いた場合には、コンタミネーション(不純物)が増加するとともに、生産性が悪いという問題がある。 When a general dry grinding machine other than a dry bead mill, such as a dry ball mill, is used for processing, the mechanochemical reaction of the processed powder is insufficient, and amorphous aluminum hydroxide cannot be obtained. Furthermore, with such a general dry grinding machine, even if the processing time is extended, there is a limit to the amount of atomization of the ground particles, and the specific surface area cannot be sufficiently increased. When a wet grinding machine is used for processing, it is possible to atomize the ground particles to 1 μm or less, but the mechanochemical reaction is insufficient. As a result, amorphous aluminum hydroxide cannot be obtained. Furthermore, when a wet grinding machine is used, there are problems such as increased contamination (impurities) and poor productivity.

これに対して、本実施形態の製造方法では、乾式処理である乾式ビーズ処理により、水酸化アルミニウム混合原料のメカノケミカル反応を十分なものとすることができ、その結果、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低い無定形水酸化アルミニウムを、簡便に得ることができる。特に、本実施形態の製造方法では、乾式ビールミルによるメカノケミカル処理を採用しているため、汎用の水酸化アルミニウムを出発原料としながらも、加工難度の高い無定形水酸化アルミニウムを安価に得ることができる。したがって、湿式粉砕処理で必要とされる高度な濾過装置や大型乾燥設備が不要であり、生産性に優れている。その上、乾式ビーズミルとして連続式の装置を用いた場合には、連続処理が可能である。 In contrast, in the manufacturing method of this embodiment, the dry bead treatment, which is a dry treatment, can sufficiently induce a mechanochemical reaction in the aluminum hydroxide mixed raw material, and as a result, amorphous aluminum hydroxide with an extremely low crystal transition temperature to α-alumina can be easily obtained. In particular, since the manufacturing method of this embodiment employs mechanochemical treatment using a dry beer mill, amorphous aluminum hydroxide, which is difficult to process, can be obtained inexpensively even though general-purpose aluminum hydroxide is used as the starting raw material. Therefore, there is no need for advanced filtering equipment or large drying equipment required for wet grinding treatment, and productivity is excellent. Furthermore, when a continuous device is used as the dry bead mill, continuous processing is possible.

<熱処理工程>
熱処理工程では、得られた無定形水酸化アルミニウムを900~1100℃の範囲内の温度で熱処理(焼成)する。また、必要に応じて、熱処理後の熱処理粉に解砕処理や洗浄処理を施してもよい。本実施形態の無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低いため、900~1100℃という比較的低温での熱処理でも、α化度の十分に高いα-アルミナ粉末を得ることができる。また、熱処理温度が低いため、熱処理時の結晶粒成長を抑えることができる。したがって、微粒且つ高α化度のアルミナ粉末を得ることができる。熱処理温度は900~1100℃が好ましく、1000~1100℃がより好ましい。このようにして本実施形態の高純度微粒アルミナ粉末を製造することができる。
<Heat treatment process>
In the heat treatment step, the obtained amorphous aluminum hydroxide is heat treated (calcined) at a temperature in the range of 900 to 1100°C. If necessary, the heat-treated powder after the heat treatment may be subjected to a crushing treatment or a washing treatment. Since the amorphous aluminum hydroxide of this embodiment has an extremely low crystal transition temperature to α-alumina, α-alumina powder having a sufficiently high degree of α-conversion can be obtained even by heat treatment at a relatively low temperature of 900 to 1100°C. In addition, since the heat treatment temperature is low, crystal grain growth during the heat treatment can be suppressed. Therefore, alumina powder having fine particles and a high degree of α-conversion can be obtained. The heat treatment temperature is preferably 900 to 1100°C, more preferably 1000 to 1100°C. In this manner, the high-purity fine alumina powder of this embodiment can be produced.

本発明を以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。しかしながら本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail using the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(1)アルミナ粉末の合成
例1(実施例)
<準備工程>
原料として水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子を準備した。水酸化アルミニウム粉末として、バイヤー法により製造されるギブサイト(日本軽金属株式会社製BHP39)を用いた。またα-アルミナ種子として高純度微粒アルミナ(日本軽金属株式会社製)を用いた。このα-アルミナ種子(高純度微粒アルミナ)はその平均粒子径が0.18μmであった。
(1) Synthesis of Alumina Powder Example 1 (Example)
<Preparation process>
Aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds were prepared as raw materials. Gibbsite (BHP39 manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.) manufactured by the Bayer process was used as the aluminum hydroxide powder. High-purity fine alumina (manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.) was used as the α-alumina seeds. The average particle diameter of the α-alumina seeds (high-purity fine alumina) was 0.18 μm.

<混合工程>
次いで、準備した水酸化アルミニウム粉末に、α-アルミナ種子(高純度微粒アルミナ)を10質量%添加した後に混合して混合原料にした。
<Mixing step>
Next, 10 mass % of α-alumina seeds (high-purity fine alumina) was added to the prepared aluminum hydroxide powder and then mixed to prepare a mixed raw material.

<メカノケミカル処理工程>
得られた混合原料に、乾式ビーズミル(アシザワ・ファイテンテック社製SDA-1)を用いたメカノケミカル処理を施して乾式処理粉を得た。メカノケミカル処理は、PSZ(部分安定化ジルコニア)製メディアビーズと粉砕助剤(エタノール)を用い、ビーズ充填率60容量%、周速4.5~5.0m/秒、フィード量1.0kg/時の条件で行い、混合原料を乾式ビーズミルに1パス通過させた。
<Mechanochemical treatment process>
The resulting mixed raw material was subjected to mechanochemical treatment using a dry bead mill (SDA-1 manufactured by Ashizawa Phiten Tech Co., Ltd.) to obtain a dry-treated powder. The mechanochemical treatment was carried out using PSZ (partially stabilized zirconia) media beads and a grinding aid (ethanol) under conditions of a bead filling rate of 60% by volume, a peripheral speed of 4.5 to 5.0 m/sec, and a feed rate of 1.0 kg/hr, and the mixed raw material was passed through the dry bead mill once.

<熱処理工程>
得られた乾式処理粉を高純度アルミナルツボ(純度99%)に充填した。その後、充填した乾式処理粉を、高速昇温電気炉(株式会社モトヤマ製スーパーバーン)を用いて熱処理し、熱処理粉(α-アルミナ粉末)にした。熱処理は、昇温速度200℃/時、最高温度1070℃、保持時間30分の条件で行った。
<Heat treatment process>
The obtained dry-processed powder was filled into a high-purity alumina crucible (purity 99%). The filled dry-processed powder was then heat-treated in a high-speed heating electric furnace (Superburn, manufactured by Motoyama Corporation) to produce a heat-treated powder (α-alumina powder). The heat treatment was performed under the conditions of a heating rate of 200°C/hour, a maximum temperature of 1070°C, and a holding time of 30 minutes.

<洗浄工程>
次に、Na分を除去するために、得られた熱処理粉を質量比2倍量の純水中で撹拌洗浄し、さらに質量比5倍量の水で通水洗浄した。その後、洗浄後の熱処理粉を、乾燥機を用いて110℃×24時間の条件で乾燥させた。
<Cleaning process>
Next, in order to remove Na, the obtained heat-treated powder was washed by stirring in pure water of twice the mass ratio, and further washed with water of five times the mass ratio. After that, the washed heat-treated powder was dried in a dryer under the conditions of 110°C x 24 hours.

<解砕工程>
乾燥した熱処理粉を、ボールミルを用いて解砕した。このようにして例1のアルミナ粉末を得た。
<Crushing process>
The dried heat-treated powder was pulverized using a ball mill to obtain the alumina powder of Example 1.

例2(比較例)
市販されている高純度度アルミナ粉末(他社品)を入手し、これを例2とした。
Example 2 (Comparative Example)
A commercially available high purity alumina powder (product of another company) was obtained and designated as Example 2.

例3(比較例)
開発品(LS超微粒)たるアルミナ粉末を例3とした。
Example 3 (Comparative)
The developed alumina powder (LS ultrafine particles) was used as Example 3.

例4(比較例)
市販されている高純度アルミナ粉末(日本軽金属株式会社製AHP200)を入手し、これを例4とした。
Example 4 (Comparative)
A commercially available high purity alumina powder (AHP200 manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.) was obtained and used as Example 4.

(2)アルミナ粉末の評価
例1~例4に対して、各種特性の評価を以下に示す手順で行った。
(2) Evaluation of Alumina Powder For Examples 1 to 4, various properties were evaluated according to the procedures shown below.

<SEM観察>
走査電子顕微鏡(SEM)を用いてアルミナ粉末を観察した。観察は、走査電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクサイエンス製S4700、日本電子株式会社製JSM-7200)を用いて、倍率50000倍の条件で行った。
<SEM Observation>
The alumina powder was observed using a scanning electron microscope (SEM) (S4700 manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation, JSM-7200 manufactured by JEOL Ltd.) at a magnification of 50,000 times.

<不純物量>
アルミナ粉末中の不純物(Si、Fe、Ca)量をICP発光分光分析装置(セイコーインスツルメンツ株式会社製SP3100)用いて測定した。まずアルミナ粉末を加圧分解容器に入れ、乾燥機中で硫酸を用いて10時間加圧分解した。その後、加圧分解物を水で定容して試料溶液を作製した。試料溶液を分析装置にセットし、各元素の波長での発光強度を測定した。その後、同時に求めた検量線を用いて各元素の濃度を算出した。
<Amount of impurities>
The amount of impurities (Si, Fe, Ca) in the alumina powder was measured using an ICP emission spectrometer (SP3100 manufactured by Seiko Instruments Inc.). First, the alumina powder was placed in a pressure decomposition vessel and pressure decomposed in a dryer using sulfuric acid for 10 hours. The pressure decomposition product was then adjusted to a constant volume with water to prepare a sample solution. The sample solution was placed in an analyzer, and the emission intensity at the wavelength of each element was measured. The concentration of each element was then calculated using the calibration curve obtained at the same time.

アルミナ粉末中の不純物(Na)量を、原子吸光装置(株式会社日立ハイテクノロジーズ製偏光ゼーマン原子吸光光度計Z-2000)を用いて測定した。まずアルミナ粉末を加圧分解容器に入れ、水を用いて一定量になるよう希釈して試料溶液を作製した。試料容器を装置にセットし、空気-アセチレン炎を用いて波長589.0nmにおける吸光度を測定した。その後、同時に求めた標準溶液の吸光度を用いてNa量を算出した。 The amount of impurities (Na) in the alumina powder was measured using an atomic absorption spectrometer (polarized Zeeman atomic absorption spectrometer Z-2000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). First, the alumina powder was placed in a pressure decomposition vessel and diluted with water to a fixed amount to prepare a sample solution. The sample vessel was then set in the instrument, and the absorbance at a wavelength of 589.0 nm was measured using an air-acetylene flame. The amount of Na was then calculated using the absorbance of the standard solution, which was measured at the same time.

<粉体特性‐BET比表面積>
アルミナ粉末のBET比表面積(SBET)を、比表面積自動測定装置(マイクロメリテックス社製フローソーブII2300形)を用い、JIS1626にしたがって測定した。
<Powder properties-BET specific surface area>
The BET specific surface area (S BET ) of the alumina powder was measured in accordance with JIS 1626 using an automatic specific surface area measuring device (Flowsorb II 2300 model, manufactured by Micromeritics).

<粉体特性‐粒度>
アルミナ粉末の粒度をレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製マイクロトラックMT3300)を用いて測定した。まずホモジナイザー(日本精密製作所製US-600T)を用いて600W、20kHz、1分間の条件でアルミナ粉末を分散処理した。その後、分散処理したアルミナ粉末を測定装置に導入し、そこで粒度を測定した。得られたデータを解析して、体積粒度分布における累積10%粒径(D10)、累積50%粒径(平均粒子径;D50)及び累積90%粒径(D90)を求めた。
<Powder characteristics - particle size>
The particle size of the alumina powder was measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (Microtrac MT3300 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). First, the alumina powder was dispersed using a homogenizer (US-600T manufactured by Nihon Seimitsu Seisakusho) under conditions of 600 W, 20 kHz, and 1 minute. The dispersed alumina powder was then introduced into a measuring device, where the particle size was measured. The obtained data was analyzed to determine the cumulative 10% particle size (D 10 ), cumulative 50% particle size (average particle size; D 50 ), and cumulative 90% particle size (D 90 ) in the volumetric particle size distribution.

<粉体特性‐加圧嵩密度>
アルミナ粉末の加圧嵩密度(GD)を次のように測定した。まずアルミナ粉末を金型に入れ、350kgf/cmの圧力で加圧成型した。この際、加圧時間は無し(0分)にした。得られた成型ピース(成型体)の質量及び寸法を測定し、これらの値を用いて嵩密度を算出した。
<Powder properties-pressurized bulk density>
The pressed bulk density (GD) of the alumina powder was measured as follows. First, the alumina powder was placed in a mold and pressed and molded at a pressure of 350 kgf/ cm2 . At this time, there was no pressing time (0 min). The mass and dimensions of the obtained molded piece (molded body) were measured, and the bulk density was calculated using these values.

<焼結性>
アルミナ粉末の焼結性を評価した。まずアルミナ粉末を金型に充填し、350kgf/cmの圧力で一軸プレス成型した。得られた成型体を高速昇温電気炉(株式会社モトヤマ製スーパーバーン)で焼成して、焼結体にした。焼成は、昇温速度200℃/時間、最高温度(焼結温度)1350~1600℃、保持時間2時間の条件で行った。得られた焼結体の密度(嵩密度)をアルキメデス法により測定した。
<Sinterability>
The sinterability of the alumina powder was evaluated. First, the alumina powder was filled into a mold and uniaxially pressed at a pressure of 350 kgf/ cm2 . The resulting molded body was fired in a high-speed heating electric furnace (Superburn, manufactured by Motoyama Corporation) to produce a sintered body. The firing was performed under the conditions of a heating rate of 200°C/hour, a maximum temperature (sintering temperature) of 1350 to 1600°C, and a holding time of 2 hours. The density (bulk density) of the resulting sintered body was measured by the Archimedes method.

<X線回折>
粉末X線回折(XRD)法により、アルミナ粉末の分析を行った。分析は次のようにして行った。まずアルミナ粉末を専用試料板に載せ、20mm×20mm×0.5mmのサイズになるように軽く押し広げて測定サンプルを作製した。次にX線回折装置を用いて、測定サンプルのX線回折パターンを求めた。X線回折の条件は以下のとおりにした。
<X-ray diffraction>
The alumina powder was analyzed by powder X-ray diffraction (XRD). The analysis was performed as follows. First, the alumina powder was placed on a special sample plate and gently spread to a size of 20 mm x 20 mm x 0.5 mm to prepare a measurement sample. Next, an X-ray diffraction pattern of the measurement sample was obtained using an X-ray diffractometer. The conditions for X-ray diffraction were as follows:

‐装置:株式会社リガク製RINT(試料水平型;UltimaII)
‐線源:CuKα線
‐電圧:40kV
‐電流:40mA
‐スキャンスピード:4°/分
‐サンプル幅:0.05°
‐開始角度:5°
‐終了角度:90°
- Apparatus: Rigaku Corporation RINT (horizontal sample type; Ultima II)
- Radiation source: CuKα radiation - Voltage: 40 kV
- Current: 40mA
- Scan speed: 4°/min - Sample width: 0.05°
- Starting angle: 5°
- End angle: 90°

得られた回折パターンにおいて、α-アルミナの結晶ピークたる(012)、(104)、(113)、(116)及び(300)面のピーク(回折線)に着目し、これらのピークの半価幅(半値全幅;FWHM)を算出した。また(012)及び(116)面のピーク強度を、標準試料(α化度100%)のピーク強度(回折強度)と比較してアルミナ粉末のα化度を求めた。 In the obtained diffraction pattern, the peaks (diffraction lines) of the (012), (104), (113), (116) and (300) planes, which are the crystal peaks of α-alumina, were focused on, and the half-widths (full width at half maximum; FWHM) of these peaks were calculated. The peak intensities of the (012) and (116) planes were also compared with the peak intensities (diffraction intensities) of a standard sample (alpha-conversion degree 100%) to determine the degree of alpha-conversion of the alumina powder.

<スラリー特性‐粘度>
アルミナ粉末のスラリー(懸濁液)を調整し、その粘度を評価した。まずアルミナ粉末200g、純水164g、及びポリカルボン酸アンモニウム系分散剤(サンノプコ株式会社製ノプコスパース5600)4gを、φ20のメディアボール600gとともに、容量1Lのポットに入れた。次いで72rpmの回転数でポットを2時間回転させて、内容物を混合した。これにより濃度55質量%のスラリーを作製した。
<Slurry characteristics - viscosity>
A slurry (suspension) of alumina powder was prepared, and its viscosity was evaluated. First, 200 g of alumina powder, 164 g of pure water, and 4 g of polycarboxylate ammonium dispersant (Nopcosperse 5600 manufactured by San Nopco Ltd.) were placed in a pot with a capacity of 1 L together with 600 g of a φ20 media ball. The pot was then rotated at a rotation speed of 72 rpm for 2 hours to mix the contents. This produced a slurry with a concentration of 55% by mass.

得られたスラリーの粘度を、円すい-平板形回転粘度計である精密回転粘度計(英弘精機株式会社製RST-CPS)を用いて測定した。具体的には25℃でせん断速度を1/秒から1000/秒まで60秒間をかけて変化させ、1秒ごとに粘度の値を測定した。 The viscosity of the resulting slurry was measured using a precision rotational viscometer (RST-CPS, manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.), which is a cone-plate type rotational viscometer. Specifically, the shear rate was changed from 1/sec to 1000/sec over a period of 60 seconds at 25°C, and the viscosity was measured every second.

<スラリー特性‐沈降静水圧>
スラリーの沈降静水圧を、静水圧式スラリー評価装置(ジャパンホテルグッズサプライ株式会社、HYSTAP-3)を用いて測定した。測定に用いてスラリーは、粘度評価の際に調整したものを用いた。また流体中に分散した粒子が互いに干渉しながら沈降する干渉沈降を考慮しながら沈降速度を算出し、この沈降速度に基づき良分散ラインを作成した。このときアルミナ粒子密度を3.98g/cm、水の密度を1.00g/cm、重力加速度を9.80665m/秒、媒液(水)の粘度を0.00089Pa・秒(25℃)として、沈降速度を算出した。
<Slurry characteristics - Settling hydrostatic pressure>
The settling hydrostatic pressure of the slurry was measured using a hydrostatic pressure type slurry evaluation device (HYSTAP-3, Japan Hotel Goods Supply Co., Ltd.). The slurry used in the measurement was prepared at the time of viscosity evaluation. The settling velocity was calculated taking into consideration interference settling, in which particles dispersed in a fluid settle while interfering with each other, and a good dispersion line was created based on this settling velocity. The settling velocity was calculated with an alumina particle density of 3.98 g/cm 3 , a water density of 1.00 g/cm 3 , a gravitational acceleration of 9.80665 m/sec 2 , and a viscosity of the liquid medium (water) of 0.00089 Pa·sec (25° C.).

<焼結体の誘電特性>
アルミナ粉末から焼結体を作製し、その誘電特性を評価した。まずアルミナ粉末を金型に充填し、19.6MPaの圧力で一軸プレス成型した。続いて得られた成型体を真空パックした後、245MPaの圧力で1分間の冷間静水圧プレス(CIP)処理を施した。CIP処理した成型体を高速昇温電気炉(株式会社モトヤマ製スーパーバーン)で焼成して、焼結体にした。焼成は、昇温速度200℃/時、最高温度1500℃、保持時間2時間の条件で行った。
<Dielectric properties of sintered body>
A sintered body was made from alumina powder, and its dielectric properties were evaluated. First, the alumina powder was filled into a mold and uniaxially pressed at a pressure of 19.6 MPa. The resulting molded body was then vacuum-packed and subjected to cold isostatic pressing (CIP) treatment at a pressure of 245 MPa for 1 minute. The CIP-treated molded body was fired in a high-speed heating electric furnace (Superburn, manufactured by Motoyama Co., Ltd.) to produce a sintered body. The firing was performed under the conditions of a heating rate of 200°C/hour, a maximum temperature of 1500°C, and a holding time of 2 hours.

得られた焼結体について、1GHz、5GHz及び10GHzにおける誘電特性を測定した。1GHzでの値は、インピーダンス・アナライザ(キーサイト・テクノロジー社製E4991B)を用いて大気雰囲気下の室温で測定した。一方で5GHz及び10GHzでの値は、マイクロ波PNAネットワークアナライザ(キーサイト・テクノロジーズ社製N5227A)を用い、JIS1627にしたがって、大気雰囲気下、温度24℃、湿度45%の条件で測定した。 The dielectric properties of the obtained sintered body were measured at 1 GHz, 5 GHz, and 10 GHz. The value at 1 GHz was measured at room temperature in an air atmosphere using an impedance analyzer (E4991B, manufactured by Keysight Technologies). On the other hand, the values at 5 GHz and 10 GHz were measured using a microwave PNA network analyzer (N5227A, manufactured by Keysight Technologies) in accordance with JIS 1627 under conditions of air atmosphere, temperature 24°C, and humidity 45%.

(3)評価結果
<SEM観察>
例1~例4のアルミナ粉末につき、図3~図6のそれぞれに粉末のSEM像を示す。実施例たる例1のアルミナ粉末は、微細であるとともに粒子径が揃っていた。また粒子形状が丸みを帯びていた。破断面は少なく、チッピング粒子は見られなかった(図3)。一方で、比較例たる例2のアルミナ粉末は微細であるものの粒子形状が角張っていた。また破断面やチッピング粒子が僅かではあるものの観察された(図4)。比較例たる例3及び例4のアルミナ粉末は粒子径がばらついていた。また破断面やチッピング粒子が多く観察された(図5、図6)。
(3) Evaluation Results <SEM Observation>
For the alumina powders of Examples 1 to 4, SEM images of the powders are shown in Figures 3 to 6, respectively. The alumina powder of Example 1, which is an embodiment, was fine and had a uniform particle size. The particle shape was rounded. There were few fracture surfaces and no chipping particles (Figure 3). On the other hand, the alumina powder of Example 2, which is a comparative example, was fine but had an angular particle shape. Fracture surfaces and chipping particles were observed, although only slightly (Figure 4). The alumina powders of Examples 3 and 4, which are comparative examples, had variable particle sizes. Many fracture surfaces and chipping particles were observed (Figures 5 and 6).

<不純物量及び粉体特性>
例1~例4のアルミナ粉末につき、不純物量と粉体特性を表1に示す。実施例たる例1では、ナトリウム(Na)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)のいずれの不純物もその含有量が10ppm以下と少なかった。一方で、比較例たる例2~例4では、いくつかの不純物の含有量が10ppmを超えていた。特に例3はNa、Si、Fe及びCaのいずれの含有量が100~200ppmと多かった。
<Impurity amount and powder characteristics>
The impurity amounts and powder properties of the alumina powders of Examples 1 to 4 are shown in Table 1. In Example 1, which is an embodiment, the contents of all impurities, sodium (Na), silicon (Si), iron (Fe), and calcium (Ca), were low, at 10 ppm or less. On the other hand, in Examples 2 to 4, which are comparative examples, the contents of some impurities exceeded 10 ppm. In particular, in Example 3, the contents of Na, Si, Fe, and Ca were all high, at 100 to 200 ppm.

例1はD50≦0.20μm以下且つD50×SBET≦2.0×10-6/gの条件を満足していた。一方で例2~例4はD50×SBETが2.0×10-6/gを超えていた。特に例2はそのD50が例1と同等であるものの、SBETが大きく、その結果、D50×SBETが大きかった。 Example 1 satisfied the conditions of D 50 ≦0.20 μm and D 50 × S BET ≦2.0×10 -6 m 3 /g. On the other hand, D 50 × S BET exceeded 2.0×10 -6 m 3 /g in Examples 2 to 4. In particular, Example 2 had a D 50 equivalent to that of Example 1, but had a large S BET , and as a result, had a large D 50 × S BET .

Figure 0007516872000002
Figure 0007516872000002

例1~例4のアルミナ粉末につき、粒度分布曲線を図7に示す。ここで図7において横軸は粒径(粒子径)を、縦軸は頻度を示す。例1のアルミナ粉末は、粒子径0.2μmを中心に比較的揃ったシャープな粒度分布を示していた。例2のアルミナ粉末は、粒子径0.2μmを中心にしたシャープな粒度分布を示すものの、数μm程度の大きさの粒子が存在していた。そのため全体としてブロードな粒度分布になっていた。例3のアルミナ粉末は例1や例2に比べてブロードな粒度分布を示していた。また数μm程度の大きさの粒子が少なからず存在していた。例4のアルミナ粉末は、中心粒子径が0.4~0.5μmと大きく、かつブロードな粒度分布を示していた。 Figure 7 shows the particle size distribution curves for the alumina powders of Examples 1 to 4. In Figure 7, the horizontal axis indicates particle size (particle diameter) and the vertical axis indicates frequency. The alumina powder of Example 1 showed a relatively uniform and sharp particle size distribution centered on a particle diameter of 0.2 μm. The alumina powder of Example 2 showed a sharp particle size distribution centered on a particle diameter of 0.2 μm, but there were particles of several μm in size. Therefore, the particle size distribution was broad overall. The alumina powder of Example 3 showed a broader particle size distribution than Examples 1 and 2. There were also quite a few particles of several μm in size. The alumina powder of Example 4 showed a large median particle diameter of 0.4 to 0.5 μm and a broad particle size distribution.

<焼結性>
例1~例4のアルミナ粉末から作製した焼結体の密度(嵩密度)を図8に示す。例1及び例2のアルミナ粉末は、比較的低い焼成温度でも緻密化が進行し、1350℃ですでに3.8g/cm以上の密度を示していた。そして1450℃以上で密度がほぼ一定になっていた。一方で、例3のアルミナ粉末は、緻密化が例1及び例2より劣り、1350℃での密度は3.6~3.7g/cmに留まっていた。例4のアルミナ粉末は緻密化が最も劣り、1350℃での密度が3.4g/cm未満と低かった。また1550℃以上でようやく密度が一定になった。
<Sinterability>
The densities (bulk densities) of the sintered bodies made from the alumina powders of Examples 1 to 4 are shown in FIG. 8. The alumina powders of Examples 1 and 2 were densified even at a relatively low firing temperature, and already showed a density of 3.8 g/ cm3 or more at 1350°C. The density became almost constant at 1450°C or higher. On the other hand, the alumina powder of Example 3 was less densified than Examples 1 and 2, and the density at 1350°C was only 3.6 to 3.7 g/ cm3 . The alumina powder of Example 4 was the least densified, and the density at 1350°C was as low as less than 3.4 g/ cm3 . The density finally became constant at 1550°C or higher.

焼結性の結果は、平均粒子径(D50)の結果に対応している。すなわち例1及び例2のアルミナ粉末は、D50が0.18~0.19μmと微細であるため焼結性に優れるのに対し、例3及び例4のアルミナ粉末はD50が0.23~0.45μmと粗大であるため焼結性に劣ると考えられる。 The results of sinterability correspond to the results of average particle size (D 50 ). That is, the alumina powders of Examples 1 and 2 have excellent sinterability because they are fine with D 50 of 0.18 to 0.19 μm, whereas the alumina powders of Examples 3 and 4 have poor sinterability because they are coarse with D 50 of 0.23 to 0.45 μm.

<X線回折>
例1、例2及び例3のアルミナ粉末につき、(012)、(104)、(113)、(116)及び(300)回折線の半値全幅(FWHM)の値を表2に示す。また例1のアルミナ粉末のXRDパターンを図9に示す。
<X-ray diffraction>
For the alumina powders of Examples 1, 2 and 3, the values of the full width at half maximum (FWHM) of the (012), (104), (113), (116) and (300) diffraction lines are shown in Table 2. The XRD pattern of the alumina powder of Example 1 is shown in FIG.

表2に示されるように、例1のアルミナ粉末は、いずれの回折線においても例2及び例3に比べてピーク半値幅(FWHM)が小さかった。また図9に示されるように、例1のアルミナ粉末のXRDパターンには、α-アルミナ以外の結晶相に由来する回折線が殆ど観察されなかった。このことから例1のアルミナ粉末は、結晶歪が小さく結晶性に極めて優れるとともに異相を殆ど含まないことが分かった。 As shown in Table 2, the alumina powder of Example 1 had smaller peak full width at half maximum (FWHM) for all diffraction lines compared to Examples 2 and 3. Also, as shown in FIG. 9, almost no diffraction lines derived from crystal phases other than α-alumina were observed in the XRD pattern of the alumina powder of Example 1. This shows that the alumina powder of Example 1 has small crystal distortion, is extremely excellent in crystallinity, and contains almost no heterogeneous phases.

Figure 0007516872000003
Figure 0007516872000003

<スラリー特性‐粘度>
例1~例4のアルミナ粉末を含むスラリーにつき、せん断速度と粘度との関係を図10に示す。図10では、せん断速度を上げた場合の粘度(一部の試料につき、図中で右向き矢印で示す)とせん断速度を下げた場合の粘度(図中で左向き矢印で示す)の両方が示されている。
<Slurry characteristics - viscosity>
The relationship between shear rate and viscosity for the slurries containing the alumina powders of Examples 1 to 4 is shown in Figure 10. Figure 10 shows both the viscosity when the shear rate is increased (indicated by the right-pointing arrow in the figure for some samples) and the viscosity when the shear rate is decreased (indicated by the left-pointing arrow in the figure).

例1のスラリーは、粘度が小さく、またせん断速度によらずほぼ一定であった。その上、せん断速度を上げた場合と下げた場合の粘度の違いが殆どなく、せん断速度に対して可逆的な応答を示していた。このことから、例1のスラリーは、粘度が小さく且つ安定でありせん断速度に対して可逆的な応答を示すことが分かった。一方で例2及び例3のスラリーは粘度が大きかった。特に例2のスラリーは、そこに含まれるアルミナ粉末の平均粒子径が例1とほぼ同じであるにも関わらず、せん断速度を上げた場合と下げた場合の粘度の差が大きく、せん断速度に対して不可逆的な応答を示していた。例4のスラリーは、例1と同様に、粘度が小さく、せん断速度によらずほぼ一定であった。 The slurry of Example 1 had a low viscosity and was almost constant regardless of the shear rate. Moreover, there was almost no difference in viscosity when the shear rate was increased or decreased, and it showed a reversible response to the shear rate. This shows that the slurry of Example 1 had a low and stable viscosity and showed a reversible response to the shear rate. On the other hand, the slurries of Examples 2 and 3 had high viscosity. In particular, the slurry of Example 2 had a large difference in viscosity when the shear rate was increased and decreased, even though the average particle size of the alumina powder contained therein was almost the same as that of Example 1, and it showed an irreversible response to the shear rate. The slurry of Example 4, like Example 1, had a low viscosity and was almost constant regardless of the shear rate.

粘度測定より以下のことが推察された。すなわち例1のスラリーは、そこに含まれるアルミナ粉末が微細であるものの、粒子形状が丸みを帯び、粒子径が揃っている。そのためスラリー中で粒子同士が接触又は衝突しても、速やかに回避することができ、相互干渉が小さい。そのためスラリー粘度が低く且つ安定している。一方で例2のスラリーは、そこに含まれるアルミナ粉末の粒子径が例1と殆ど同じであるものの、チッピング粒子を含む粒度分布はブロードであり、また粒子形状も角張っている。そのため粒子同士が接触又は衝突した際に、互いに干渉しあい、スラリー粘度が不安定になる。また例4のスラリーは、そこに含まれるアルミナ粉末が粗大であるため、粘度が小さい。 The following was inferred from the viscosity measurements. That is, the alumina powder contained in the slurry of Example 1 is fine, but the particle shape is round and the particle size is uniform. Therefore, even if the particles come into contact or collide with each other in the slurry, they can be quickly avoided and there is little mutual interference. Therefore, the slurry viscosity is low and stable. On the other hand, the particle size of the alumina powder contained in the slurry of Example 2 is almost the same as that of Example 1, but the particle size distribution including the chipping particles is broad and the particle shape is also angular. Therefore, when the particles come into contact or collide with each other, they interfere with each other and the slurry viscosity becomes unstable. Furthermore, the alumina powder contained in the slurry of Example 4 is coarse, so the viscosity is low.

<スラリー特性‐沈降静水圧>
例1及び例2のアルミナ粉末を含むスラリーにつき、沈降静水圧の時間変化を図11に示す。なお図11には理想的な良分散状態を示すスラリーの沈降静水圧ライン(良分散ライン)を併せて示す。例1のスラリーは沈降静水圧の時間変化が小さく、理想的な良分散状態に近かった。一方で例2のスラリーは、沈降静水圧の時間変化が大きかった。このことから例1のスラリーは良分散状態を長時間維持するのに対し、例2のスラリーは一部が凝集していることが推察された。
<Slurry characteristics - Settling hydrostatic pressure>
FIG. 11 shows the change in settling hydrostatic pressure over time for the slurries containing alumina powder in Examples 1 and 2. FIG. 11 also shows the settling hydrostatic pressure line (good dispersion line) of the slurry showing an ideal well-dispersed state. The slurry in Example 1 showed a small change in settling hydrostatic pressure over time, and was close to an ideal well-dispersed state. On the other hand, the slurry in Example 2 showed a large change in settling hydrostatic pressure over time. From this, it was inferred that the slurry in Example 1 maintained a well-dispersed state for a long time, whereas the slurry in Example 2 was partially aggregated.

<焼結体の誘電特性>
例1、例2及び例4のアルミナ焼結体につき、誘電特性(比誘電率εr、誘電正接tanδ、(εr)1/2×tanδ)を表3に示す。なお表3にはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の特性も併せて示されている。
<Dielectric properties of sintered body>
The dielectric properties (relative dielectric constant εr, dielectric loss tangent tan δ, (εr) 1/2 ×tan δ) of the alumina sintered bodies of Examples 1, 2 and 4 are shown in Table 3. Table 3 also shows the properties of polytetrafluoroethylene (PTFE).

例1のアルミナ焼結体は、高周波領域(5GHz、10GHz)での誘電正接及び(εr)1/2×tanδが他のサンプルに比べて小さかった。このことから例1はアンテナ材料として伝送損失の小さく優れた材料であることが分かった。 The alumina sintered body of Example 1 had a smaller dielectric tangent and (εr) 1/2 ×tan δ in the high frequency range (5 GHz, 10 GHz) than the other samples. This shows that Example 1 is an excellent material with small transmission loss as an antenna material.

これに対して、例2の焼結体は、高周波領域(5GHz、10GHz)での誘電正接及び(εr)1/2×tanδが例1に比べて大きかった。例2ではアルミナ粉末のBET比表面積が例1に比べて大きいため成型密度が小さくなり、これが焼結体中の気孔(欠陥)発生及び誘電特性に影響を及ぼしたのではないかと考えられる。また例4の焼結体は、誘電正接及び(εr)1/2×tanδが例1及び例2に比べて大きかった。例4ではアルミナ粉末が多量のナトリウム(Na)を含んでおり、これが焼結体密度や電気抵抗に悪影響を及ぼしたのではないかと考えられる。一方でPTFEは、その1GHzでの誘電正接が比較的小さいものの、10GHzでの誘電正接がアルミナ焼結体(例1、例2及び例4)よりはるかに大きかった。 In contrast, the dielectric loss tangent and (εr) 1/2 × tan δ of the sintered body of Example 2 in the high frequency region (5 GHz, 10 GHz) were larger than those of Example 1. In Example 2, the BET specific surface area of the alumina powder was larger than that of Example 1, so the molding density was smaller, which is thought to have affected the generation of pores (defects) in the sintered body and the dielectric properties. In addition, the dielectric loss tangent and (εr) 1/2 × tan δ of the sintered body of Example 4 were larger than those of Examples 1 and 2. In Example 4, the alumina powder contained a large amount of sodium (Na), which is thought to have adversely affected the density and electrical resistance of the sintered body. On the other hand, although the dielectric loss tangent of PTFE at 1 GHz was relatively small, the dielectric loss tangent at 10 GHz was much larger than that of the alumina sintered body (Examples 1, 2, and 4).

アンテナ材料の伝送損失量(a)は、下記式(1)に示されるように、(εr)1/2×tanδに比例する。したがって例1の焼結体は、10GHz以上の高周波領域での伝送損失が最も小さく、アンテナ材料として有望であることが分かる。 The transmission loss (a) of an antenna material is proportional to (εr) 1/2 × tan δ, as shown in the following formula (1). Therefore, it is found that the sintered body of Example 1 has the smallest transmission loss in the high frequency region of 10 GHz or more, and is therefore promising as an antenna material.

Figure 0007516872000004
Figure 0007516872000004

Figure 0007516872000005
Figure 0007516872000005

Claims (5)

体積粒度分布における50%粒径(D50)及びBET比表面積(SBET)が、式:D50≦0.20μm、及び式:D50×SBET≦2.0×10-6/gで表される関係を満足するとともに、ナトリウム(Na)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)及びカルシウム(Ca)のそれぞれの含有量が10ppm以下であり、
体積粒度分布における10%粒径D 10 、50%粒径D 50 及び90%粒径D 90 が、式:(D 90 -D 10 )/D 50 ≦1.1で表される関係を満足する、高純度微粒アルミナ粉末。
the 50% particle size (D 50 ) and the BET specific surface area (S BET ) in the volumetric particle size distribution satisfy the relationships represented by the formulas: D 50 ≦0.20 μm and D 50 ×S BET ≦2.0×10 −6 m 3 /g, and the contents of sodium (Na), silicon (Si), iron (Fe) and calcium (Ca) are each 10 ppm or less;
A high-purity fine alumina powder , in which the 10% particle size D 10 , 50% particle size D 50 and 90% particle size D 90 in a volumetric particle size distribution satisfy the relationship represented by the formula: (D 90 -D 10 )/D 50 ≦1.1.
式:1.6×10-6/g≦D50×SBETで表される関係を満足する、請求項1に記載のアルミナ粉末。 The alumina powder according to claim 1, which satisfies the relationship expressed by the formula: 1.6×10 −6 m 3 /g≦D 50 ×S BET . X線回折プロファイルにおいて、(113)回折線の半値全幅(FWHM)が0.240°以下である、請求項1又は2に記載のアルミナ粉末。 The alumina powder according to claim 1 or 2, in which the full width at half maximum (FWHM) of the (113) diffraction line in the X-ray diffraction profile is 0.240° or less. 加圧嵩密度(GD)が2.20g/cm以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載のアルミナ粉末。 The alumina powder according to any one of claims 1 to 3, having a pressed bulk density (GD) of 2.20 g / cm 3 or more. α化度が80.0%以上である、請求項1~のいずれか一項に記載のアルミナ粉末。 The alumina powder according to any one of claims 1 to 4 , having a degree of gelatinization of 80.0% or more.
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