JPH0255366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水酸化アルミニウム粉末の製造法に関
し、さらに該水酸化アルミニウム粉末の一つの用
途である易焼結性のアルミナ粉末の製造法に関す
る。

アルミナ焼結体は耐熱性、耐化学薬品性、電気
絶縁性、耐摩耗性等に優れた材料であり、この焼
結体を得るためには優れた原料アルミナ粉末の開
発が要求されている。従来、アルミナ粉末の製造
法としては、各種の方法により得られる水酸化ア
ルミニウム、硫酸アルミニウム等のアルミニウム
塩類を仮焼してα−アルミナに転移させて製造す
る方法が一般に採用されていた。しかしながらこ
れらのα−アルミナ粉末は焼結性が不良であるた
めに、原料アルミナ粉末を更にミルなどにより微
粉砕して焼結性を向上させる方法が用いられてき
た。即ち、易焼結性のアルミナ粉末を得るために
は、アルミナ粉末の平均粒子径を1μｍ以下とす
る必要があり、粉砕には極めて大きなエネルギー
を必要とし且つアルミナは硬度の高い物質である
からボールミルや振動ミルなどで長時間の磨砕を
行う際、ミルの媒体が磨耗混入して得られるアル
ミナ粉末が汚染され、当然の結果としてアルミナ
粉末の純度は低下していた。

本発明は、上記した従来法の欠点に着目して検
討をを進めた結果、アルミナ粉末の製造原料であ
る水酸化アルミニウムを微粒子化することによ
り、アルミナ粉末を粉砕することなく易焼結性の
アルミナ粉末が得られることを見出し完成したも
のである。

すなわち本発明は、有機溶媒中に溶解したアル
ミニウムアルコキシドを該アルミニウムアルコキ
シド１モルに対して12モル倍以下の水の存在下且
つ混合媒体の存在下に混合撹拌することにより加
水分解し、次いで該加水分解物を乾燥することに
より水酸化アルミニウム粉末を製造し、必要によ
りさらに仮焼してアルミナ粉末を製造するもので
ある。

本発明に於いて用いられるアルミニウムアルコ
キシドとしては、アルミニウムメトキシド、アル
ミニウムエトキシド、アルミニウムプロポキシ
ド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウ
ムブトキシド、アルミニウムイソブトキシド、ア
ルミニウム・sec・ブトキシド、アルミニウム・
tert・ブトキシドの如きものであり、好ましくは
有機溶媒に対して溶解性を有するものである。ア
ルミニウムアルコキシドを溶解する有機溶媒とし
ては疎水性の有機溶媒が好ましいものとして用い
られ、有機溶媒に対する水の溶解度が１重量％以
下である有機溶媒が特に好ましいものとして挙げ
られる。その理由は有機溶媒に対する水の溶解度
が１重量％を越える場合は、加水分解によつて得
られる水酸化アルミニウムの微細な一次粒子が凝
集し易くなり、乾燥して得られる水酸化アルミニ
ウム粉末は容易に分散し難い凝集体、換言すれば
部分的な固結状態を程して本発明の目的を達成す
ることが出来ないからである。かかる好ましい有
機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタ
ン、オクタン等のパラフイン系炭化水素や、シク
ロペンタン、シクロヘキサン等のシクロパラフイ
ン系炭化水素や、ベンゼン、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素や、これらの混合物、あるい
は石油留分、例えば石油エーテル、石油ベンジン
等である。

本発明に於いてはアルミニウムアルコキシドは
12モル倍以下の水の存在下に加水分解することが
必要であり、好ましくは２モル倍以上８モル倍以
下の範囲の水により加水分解される。12モル倍以
上の水で加水分解した場合には得られる水酸化ア
ルミニウム粉末の一次粒子が凝集しやすくなり、
乾燥して得られる水酸化アルミニウム粉末は部分
的な固結状態を呈する。これを仮焼してα−アル
ミナに変化させるときに固結部分で焼結が生じ、
易焼結性を発揮させるのに必要不可欠の条件であ
る粒子サイズの揃つたα−アルミナ粉末とするこ
とは困難になり、本発明の目的を達し得ない。ま
た添加水量が少量すぎる場合、例えば２モル倍に
満たない場合にはアルミニウムアルコキシドは未
分解状態で存在することが多くなり、得られる水
酸化アルミニウムの純度が低下する。しかしなが
ら該水酸化アルミニウムをα−アルミナに変化さ
せる場合には1100℃以上での仮焼工程を経るの
で、該工程で未分解状態の物質もα−アルミナに
変化する。従つて該水酸化アルミニウムは、少量
であれば該アルミニウムアルコキシドあるいは部
分的に分解された物質（以下未分解物と称す）を
含むことはさしつかえなく、該未分解物の許容含
有量は通常10重量％以下であり、好ましくは５重
量％以下である。

加水分解反応は好ましくは疎水性の有機溶媒中
で水とアルミニウムアルコキシドを接触させるこ
とにより実施される。アルミニウムアルコキシド
は大量の水では容易に加水分解されるが、本発明
の方法による場合のような少量の水の存在下に於
いては分解が困難になる。従つて本発明の目的を
達成するためには加水分解反応を効率よく進行さ
せかつ加水分解物の分散性を向上させることが不
可欠である。この目的の達成の為には先に述べた
有機溶媒に加えて混合撹拌手段の最適化が必要で
ある。この混合撹拌手段は水とアルミニウムアル
コキシドとを充分に接触させることが可能な混合
撹忰手段であり、混合媒体を含む撹拌式あるいは
転動式の混合撹拌手段、例えばビーズ、ボールま
たはロツド或はこれらと同様の機能を有する形状
物である混合媒体を混合機中に含むような型式の
混合機あるいはボールミルやサンドミル等の微粉
砕機や分散機等に見られるような混合撹拌手段が
採用される。而して撹拌羽根で撹拌する型式のよ
うな通常の撹拌槽型反応器による場合は本発明の
目的は達しえないし、また、高速の可動部分を有
する型式の撹拌では撹拌機あるいは容器の摩耗に
よる不純物が加水分解物に混入して推酸化アルミ
ニウム粉末の純度を低下させるので好ましくな
い。

さらに本発明の方法による場合は、得られる加
水分解物を減圧およびまたは加熱して溶媒を留去
し乾燥する必要があるが、有機溶媒留去に要する
エネルギーは従来法のような大量の水を留去する
ことに比べはるかに小さく、経済的に有利であ
る。また必ずしも過しなくても良いので、過
の際に生じる湿潤ケーキの固結を回避することが
できる。その結果、従来技術では不可欠であつた
粉砕工程を省くことができて非常に好都合であ
る。得られる水酸化アルミニウムの乾燥は使用す
る有機溶媒の留去と同時にまたは有機溶媒の留去
後さらに通常の方法により行なうことができる。

本発明に於いては加水分解により得られる水酸
化アルミニウムは非晶質ないし擬ベーマイト構造
を有するものであり、その灼熱減量からアルミナ
（Al₂O₃）の１ないし３水和物に相当するものと
推定され、加水分解の水量を増加するとノルドス
トランダイトあるいはバイヤライト等の結晶性３
水和物が共存してくるが本発明の効果を本質的に
変えるものではない。

本発明によつて得られる水酸化アルミニウム粉
末は公知の技術で仮焼してα−アルミナ粉末に転
移させることができる。例えば1000〜1300℃で30
分〜10時間仮焼するとアルミナに転移するが、仮
焼温度が高い程また仮焼時間が長い程α−アルミ
ナの含有量は増加する。

本発明に於いては、このα−アルミナへの転移
が必ずしも100％完了していなくてもよく、γ−、
δ−、η−、θ−などの中間転移型アルミナが混
在していてもよい。易焼結性という観点からはα
−アルミナ含有量はさほど限定されず、公知の方
法により成形および焼成を行なえば理論密度（ア
ルミナ単結晶の密度）に極めて近い焼結体が得ら
れ、特にマグネシア（MgO）などを焼結助剤と
して添加する場合には透明度の高い透光性アルミ
ナ焼結体が得られる。しかしながら、焼成前後の
収縮率は工業的には重要な性質であり、収縮率を
あまり大きくしないためには、好ましくはα−ア
ルミナの含有率を90重量％以上に制御することが
必要である。

本発明によれば分散性のよい水酸化アルミニウ
ム粉末およびこれを用いて得られる粒子サイズの
揃つたα−アルミナ粉末を従来法のような粉砕工
程を必要とすることなく製造することができる。
而して得られる水酸化アルミニウム粉末およびα
−アルミナ粉末は各種の充填剤は勿論、高純度の
易焼結性のα−アルミナ原料として充分な性能を
有するものである。以下実施例をあげてさらに具
体的に本発明を説明する。

実施例 １ アルミニウムイソプロポキシドのヘプタン溶液
（濃度１モル／）１と低伝導水108ｇをアルミ
ナ質ポツトミル（容量２、20mmφアルミナボー
ル２Kg）に仕込み、２時間の転動撹拌を行なつて
水酸化アルミニウムのスラリーを得た。次にこの
スラリーをナス型フラスコに移し、ロータリーエ
バポレーターを用いて溶媒を減圧留去した後110
℃で20時間乾燥した。得られた乾燥粉末は、粉末
Ｘ線回析分析により擬ベーマイト構造を有し、有
機元素分析により炭素0.7重量％を含み、灼熱減
量21重量％であり、比表面積360m²/ｇの超微粉水
酸化アルミニウムであつた。この様にして得た水
酸化アルミニウム粉末粒子を第１図に示した。

次にこの水酸化アルミニウム粉末を1200℃で１
時間仮焼して比表面積9.8m²/ｇのα−アルミナ粉
末を得、粉末Ｘ線回析によりα−アルミナに転移
していることを確認した。

次いで更に公知の技術により、マグネシアを
0.1重量％添加して厚さ1.5mm直径20mmの円板状に
プレス成形し、1200℃で１時間空気中で予備焼成
した後、真空中で1850℃で２時間焼結した結果、
理論密度3.98ｇ/cm³と同じ密度で極めて透明性に
優れた焼結体が得られた。

実施例 ２ アルミニウムｎ−ブトキシドのヘプタン溶液
（濃度１モル／）を用い、実施例１と同様にし
て得られた乾燥粉末は、擬ベーマイト構造を有
し、炭素1.9重量％を含み、灼熱減量24重量％で
あり、比表面積390m²/ｇの超微粉水酸化アルミニ
ウムであつた。

この水酸化アルミニウム粉末を1155℃で５時間
仮焼して得た比表面積15m²/ｇでα−アルミナを
95％以上含むα−アルミナ粉末を、実施例１と同
様に焼結した結果、透明性の優れた、密度3.98
ｇ／cm³の焼結体が得られた。

実施例 ３ アルミニウムイソプロポキシドのペンタン溶液
（濃度１モル／）１と低伝導水108ｇを、冷却
装置を設備したポツトミルに、鉄心入りのナイロ
ン系の合成樹脂ボールと共に仕込み、７℃に冷却
しながら５時間の転動撹拌を行なつて水酸化アル
ミニウムのスラリーを得た。このスラリーの溶媒
を減圧留去し、110℃で20時間乾燥した。得られ
た粉末は、擬ベーマイト構造を有し、炭素1.1重
量％を含み、灼熱減量22重量％であり、比表面積
310m²/ｇの超微粉水酸化アルミニウムであつた。

この水酸化アルミニウム粉末を実施例１と同様
に仮焼して得たα−アルミナ粉末を焼結した結
果、透明性の優れた、密度3.98ｇ/cm³の焼結体が
得られた。

実施例 ４ 実施例１に於いて、ヘプタン溶液のかわりにア
ルミニウムイソプロポキシドのトルエン溶液（濃
度１モル／）を用いた。得られた乾燥粉末は、
擬ベーマイト構造を有し、炭素0.9重量％を含み、
灼熱減量20重量％で、比表面積290m²/ｇの超微粉
水酸化アルミニウムであつた。

次いで1200℃で１時間仮焼して比表面積7.9m²/
ｇのα−アルミナを得た。更に実施例１と同様に
焼結した結果、密度3.98ｇ/cm³で透明性に優れた
焼結体が得られた。

比較例 アルミニウムイソプロポキシドのヘプタン溶液
（濃度１モル／）１と低伝導水108ｇをセパブ
ルフラスコに仕込み、撹拌羽根による撹拌
（200rpm）を２時間行つて水酸化アルミニウムの
スラリーを得た。このスラリーの溶媒を減圧留去
し、110℃で20時間乾燥した粉末は、擬ベーマイ
ト構造を有し、炭素2.0重量％を含み、灼熱減量
25重量％であり、比表面積320m²/ｇの超微粉水酸
化アルミニウムであつた。この水酸化アルミニウ
ム粉末粒子は、第２図に示す様に、一次粒子は微
細であるがそのほとんどが凝集して大きい二次粒
子になつていた。

この水酸化アルミニウム粉末を1200℃で１時間
仮焼してα−アルミナとし、実施例１と同様に焼
結した結果、密度3.86ｇ/cm³（理論密度の97％）
で白色の焼結体であり、本発明の如き緻密で透明
性に優れた焼結体は得られなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により得られた水酸化ア
ルミニウム粉末の粒子構造に関する透過型電子顕
微鏡による５万倍の拡大写真の一例である。第２
図は従来法により得られた水酸化アルミニウム粉
末の粒子構造に関する透過型電子顕微鏡による５
万倍の拡大写真の一例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機溶媒中に溶解したアルミニウムアルコキ
   シドを該アルミニウムアルコキシド１モルに対し
   て12モル倍以下の水の存在下且つ混合媒体の存在
   下に混合撹拌することにより加水分解し、次いで
   該加水分解物を減圧および／または加熱して溶媒
   を留去し乾燥することを特徴とする水酸化アルミ
   ニウム粉末の製造法。 ２ 混合媒体がビーズ、ボール、ロツド或いはこ
   れらと同様の機能を有する形状物である特許請求
   の範囲第１項記載の製造法。 ３ 有機溶媒中に溶解したアルミニウムアルコキ
   シドを該アルミニウムアルコキシド１モルに対し
   て12モル倍以下の水の存在下且つ混合媒体の存在
   下に混合撹拌することにより加水分解し、次いで
   該加水分解物を減圧および／または加熱して溶媒
   を留去し乾燥仮焼することを特徴とするアルミナ
   粉末の製造法。 ４ 混合媒体がビーズ、ボール、ロツド或いはこ
   れらと同様の機能を有する形状物である特許請求
   の範囲第３項記載の製造法。