Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
&agr;-Aluminiumoxidpulvers mit einem hohen &agr;-Anteil und einer großen spezifischen
Oberfläche nach BET, wobei eine kleine Menge an &agr;-Aluminiumoxidteilchen mit
Verengung bereitgestellt wird.
&agr;-Aluminiumoxid ist eine Art von Aluminiumoxiden, die durch die
Formel Al2O3 dargestellt wird und Diamantspatstruktur aufweist,
und es wird in weitem Umfang als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Sinterkörpern,
wie einem durchscheinenden Rohr, verwendet.
Im Hinblick auf eine Verbesserung der Festigkeit eines Sinterkörpers
ist es erforderlich, dass das als Ausgangsmaterial verwendete &agr;-Aluminiumoxid
einen hohen &agr;-Anteil und eine große spezifische Oberfläche nach BET aufweist
und eine kleine Menge an &agr;-Aluminiumoxidteilchen mit Verengung bereitgestellt
wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten ein Verfahren
zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers und gelangten infolgedessen zur
vorliegenden Erfindung.
Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung
eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers bereit, das die folgenden Stufen umfasst:
(1) Pulverisieren einer Metallverbindung, die eine Halbwertsbreite (H0) eines
Hauptpeaks im Röntgenbeugungsdiagramm aufweist, zur Gewinnung eines Impfkristalls,
der eine Halbwertsbreite (H) des Hauptpeaks im Röntgenbeugungsdiagramm aufweist,
(2) Mischen des erhaltenen Impfkristalls mit einer Aluminiumverbindung,
(3) Kalzinieren des Gemischs, und wobei das Verhältnis H/H0 1,06 oder mehr beträgt.
1 zeigt ein Verfahren zur Berechnung
der Halbwertsbreite H0 einer Metallverbindung und der Halbwertsbreite H eines Impfkristalls.
2 zeigt ein Beispiel für eine Transmissionselektronenmikrographie
(im folgenden als "TEM" abgekürzt) eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers.
3 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm einer
Metallverbindung.
4 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm eines
in Beispiel 1 verwendeten Impfkristalls.
5 zeigt eine TEM eines in Beispiel 1
erhaltenen &agr;-Aluminiumoxidpulvers.
6 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm eines
in Beispiel 2 verwendeten Impfkristalls.
7 zeigt eine TEM eines in Beispiel 2
erhaltenen &agr;-Aluminiumoxidpulvers.
Das Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers der
vorliegenden Erfindung umfasst eine Stufe (1) des Pulverisierens einer Metallverbindung,
die eine Halbwertsbreite (H0) eines Hauptpeaks im Röntgenbeugungsdiagramm aufweist,
zur Gewinnung eines Impfkristalls, der eine Halbwertsbreite (H) des Hauptpeaks im
Röntgenbeugungsdiagramm aufweist.
Die Metallverbindung kann vorteilhafterweise diejenige sein, die die
Phasenumwandlung von einer Aluminiumverbindung in &agr;-Aluminiumoxid in der später
beschriebenen Kalzination fördert. Beispiele für die Metallverbindungen umfassen
Metalloxide, wie &agr;-Aluminiumoxid (Al2O3), &agr;-Eisenoxid,
(Fe2O3) und &agr;-Chromoxid (Cr2O3);
Metallhydroxide, wie Diaspor (AlOOH), vorzugsweise Metalloxide und noch besser &agr;-Aluminiumoxid.
Das Pulverisieren kann in einem Trocken- oder Nassverfahren und einem
diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Verfahren durchgeführt werden. Trockenpulverisieren
kann vorteilhafterweise beispielsweise durch Verwendung einer Pulverisiervorrichtung,
wie einer Kugelmühle, Schwingmühle, Planetenmühle, Stiftmühle, Mediumrührmühle und
Strahlmühle durchgeführt werden. Beim Trockenpulverisieren ist es günstig, eine
Kontamination zu verringern, und hierfür wird die Verwendung von Aluminiumoxid,
vorzugsweise Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99 Gew.-% oder
mehr, als Material eines Elements, das mit der Aluminiumverbindung in Kontakt kommt,
beispielsweise als Pulverisiermedium, Gefäß, Düse und Auskleidung, empfohlen.
Trockenpulverisieren kann in Gegenwart eines Pulverisierungsmittels
durchgeführt werden. Beispiele für das Pulverisierungsmittel umfassen Alkohole,
wie Ethanol, Propanol; Glykole, wie Propylenglykol, Polypropylenglykol, Ethylenglykol
und Polyethylenglykol; Amine, wie Triethanolamin; Fettsäuren, wie Palmitinsäure,
Stearinsäure und Ölsäure; ein Metallalkoxid, wie Aluminiumalkoxid; Kohlematerialien,
wie Kohleschwarz und Graphit. Das Pulverisierungsmittel kann unabhängig verwendet
werden oder es können zwei oder mehr derselben in Kombination verwendet werden.
Die Menge des Pulverisierungsmittels beträgt üblicherweise etwa 0,01 Gewichtsteile
oder mehr, zweckmäßigerweise etwa 0,5 Gewichtsteile oder mehr, vorzugsweise etwa
0,75 Gewichtsteile oder mehr und üblicherweise etwa 10 Gewichtsteile oder weniger,
zweckmäßigerweise etwa 5 Gewichtsteile oder weniger, vorzugsweise 2 Gewichtsteile
oder weniger, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Metallverbindung.
Nasspulverisieren kann beispielsweise unter Verwendung einer Pulverisiervorrichtung,
wie einer Stiftmühle und einer Mediumrührmühle, durchgeführt werden. Beim Nasspulverisieren
ist es ebenfalls günstig, eine Kontamination zu verringern, und hierfür wird die
Verwendung von Aluminiumoxid, vorzugsweise Aluminiumoxid mit einer Reinheit von
99 Gew.-% oder mehr, als das Material eines Elements, das mit der Aluminiumverbindung
in Kontakt kommt, wie ein Pulverisiermedium, Gefäß und eine Auskleidung, empfohlen.
Nasspulverisieren wird üblicherweise in Gegenwart von Wasser durchgeführt. Nasspulverisieren
kann ferner in Gegenwart eines Dispergiermittels oder grenzflächenaktiven Mittels
durchgeführt werden. Beispiele für das Dispergiermittel umfassen Säuren, wie Salpetersäure,
Salzsäure, Schwefelsäure, Essigsäure und Oxalsäure; Alkohole, wie Methanol, Ethanol,
Isopropanol; Aluminiumsalze, wie Aluminiumnitrat, Aluminiumchlorid, Aluminiumoxalat
und Aluminiumacetat. Beispiele für das grenzflächenaktive Mittel umfassen anionische
grenzflächenaktive Mittel, kationische grenzflächenaktive Mittel, nichtionische
grenzflächenaktive Mittel und amphotere grenzflächenaktive Mittel.
Des weiteren kann der durch Pulverisieren erhaltene Impfkristall klassiert
werden. Durch Klassieren können 50 Gew.-% oder mehr, zweckmäßigerweise 70 Gew.-%
oder mehr, vorzugsweise 90 Gew.-% oder mehr, von groben Teilchen (beispielsweise
Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von etwa 1 &mgr;m oder mehr) aus dem Impfkristall
entfernt werden.
Der in dem obigen Verfahren erhaltene Impfkristall weist einen durchschnittlichen
Primärteilchendurchmesser von üblicherweise etwa 0,01 &mgr;m oder mehr, vorzugsweise
etwa 0,05 &mgr;m oder mehr und üblicherweise etwa 0,5 &mgr;m oder weniger auf. Der
Impfkristall weist eine spezifische Oberfläche nach BET von üblicherweise etwa 12
m2/g oder mehr, vorzugsweise etwa 15 m2/g oder mehr und üblicherweise
etwa 150 m2/g oder weniger auf. Das Pulverisieren wird unter Bedingungen
durchgeführt, die eine Metallverbindung mit einer Halbwertsbreite H0 in eine Metallverbindung
mit einer Halbwertsbreite H ändern, wobei das Verhältnis von H zu H0 etwa 1,06 oder
mehr, vorzugsweise etwa 1,08 oder mehr und üblicherweise etwa 5 oder weniger, zweckmäßigerweise
etwa 4 oder weniger, vorzugsweise etwa 3 oder weniger beträgt. Das Verhältnis H/H0
stellt den Pulverisierungsgrad dar und es wird aus der Halbwertsbreite (H0) eines
Hauptpeaks zwischen 45 Grad und 70 Grad in einem Röntgenbeugungsdiagramm, das vor
dem Pulverisieren ermittelt wurde, und der Halbwertsbreite (H) eines Hauptpeaks
in einem Röntgenbeugungsdiagramm, das nach dem Pulverisieren ermittelt wurde, wie
in 1 angegeben, berechnet.
Wenn die Metallverbindung &agr;-Aluminiumoxid ist und die Röntgenquelle
ein CuK&agr;-Strahl ist, kann das für diese stehende Verhältnis H/H0 aus der Halbwertsbreite
(H0) des Aluminiumoxid-(116)-Beugungspeaks, der bei 2&thgr; von etwa 57,5 Grad beobachtet
wird, im Röntgenbeugungsdiagramm vor einem Pulverisieren und der Halbwertsbreite
(H) des Aluminiumoxid-(116)-Beugungspeaks im Röntgenbeugungsdiagramm nach dem Pulverisieren
berechnet werden.
Im Hinblick auf &agr;-Eisenoxid (Fe2O3), &agr;-Chromoxid
(Cr2O3) oder Diaspor (AlOOH) kann ein Hauptpeak derselben
zwischen 45 Grad und 70 Grad, der üblicherweise ein (116)-Peak ist, an einer zu
der von &agr;-Aluminiumoxid nahen Position in einem unter Verwendung eines CuK&agr;-Strahls
als Röntgenquelle ermittelten Röntgenbeugungsdiagramm beobachtet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst ferner eine Stufe
(2) des Mischens des erhaltenen Impfkristalls mit einer Aluminiumverbindung.
Die Aluminiumverbindung kann eine Verbindung sein, die durch die später
beschriebene Kalzination in &agr;-Aluminiumoxid umgewandelt wird,
und Beispiele hierfür umfassen Aluminiumhydroxid, ein Übergangsaluminiumoxid, ein
Aluminiumsalz, ein Hydrolysat eines Aluminiumsalzes, ein Hydrolysat eines Aluminiumalkoxids.
Das Aluminiumhydroxid ist beispielsweise eine kristalline Verbindung,
in der die Kristallphase Gibbsit, Böhmit, Pseudoböhmit, Bayerit, Norstrandit oder
Diaspor ist, oder eine amorphe Verbindung.
Das Übergangsaluminiumoxid ist beispielsweise eines, in dem die Kristallphase
&ggr;, &khgr;, &thgr;, &rgr; oder &kgr; ist.
Das Aluminiumsalz ist beispielsweise ein anorganisches Aluminiumsalz,
wie Aluminiumnitrat, Aluminiumsulfat, Aluminiumammoniumsulfat und Ammoniumaluminiumcarbonathydroxid;
oder ein organisches Aluminiumsalz, wie Aluminiumoxalat, Aluminiumacetat, Aluminiumstearat,
Ammoniumalaun, Aluminiumlactat und Aluminiumlaurat.
Das Hydrolysat eines Aluminiumsalzes ist beispielsweise ein Hydrolysat
einer wasserlöslichen Aluminiumverbindung, und Beispiele für das Hydrolysat umfassen
diejenigen, die durch Mischen eines Aluminiumsalzes (anorganisches Aluminiumsalz,
organisches Aluminiumsalz) mit einer Base in Gegenwart von Wasser oder Hydrolyse
des Aluminiumsalzes erhalten wurden. Die Konzentration des Aluminiumsalzes in der
wässrigen Lösung beträgt üblicherweise etwa 0,01 mol/l bis zur Sättigungskonzentration
in Form von Al2O3, und der pH-Wert beträgt üblicherweise etwa
0 bis etwa 2. Vorzugsweise löst sich das Aluminiumsalz vollständig in Wasser. Die
wässrige Lösung eines Aluminiumsalzes kann ein organisches Lösemittel enthalten,
und das organische Lösemittel kann eines sein, das bei der später beschriebenen
Kalzination verdampft oder sich zersetzt, und Beispiele hierfür umfassen polare
organische Lösemittel, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol und Isopropanol, und apolare
organische Lösemittel, wie Tetrachlorkohlenstoff, Benzol und Hexan. Die Base ist
eine keine Metallkomponente enthaltende Verbindung, wie wässriges Ammoniak, Ammoniakgas,
Ammoniumcarbonat und Ammoniumhydrogencarbonat. Die Konzentration der Base beträgt
etwa 1 Gew.-% oder mehr und etwa 50 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise etwa 25 Gew.-%
oder weniger. Eine Hydrolyse kann bei einem pH-Wert von üblicherweise 3 oder mehr
und vorzugsweise 5 oder weniger und einer Temperatur von etwa 60 °C oder weniger,
vorzugsweise etwa 50 °C oder weniger, noch besser etwa 45 °C oder weniger
und nicht niedriger als der Gefrierpunkt der im vorhergehenden genannten wässrigen
Lösung, vorzugsweise etwa 0 °C oder mehr während etwa 1 h bis etwa 72 h durchgeführt
werden.
Das Aluminiumalkoxid ist beispielsweise Aluminiumisopropoxid, Aluminiumethoxid,
Aluminium-sek-butoxid oder Aluminium-tert-butoxid.
Das Hydrolysat eines Aluminiumalkoxids ist beispielsweise ein Hydrolysat
von Aluminiumisopropoxid, Aluminiumethoxid, Aluminium-sek-butoxid oder Aluminium-tert-butoxid,
und Beispiele hierfür umfassen diejenigen, die durch Mischen von Wasser mit einem
pH-Wert von üblicherweise 3 oder mehr, vorzugsweise 5 oder weniger, mit dem Aluminiumalkoxid
erhalten wurden. Das Wasser mit einem pH-Wert von 3 bis 5 kann durch Zugabe einer
Säure (Salpetersäure oder dgl.) zu Wasser hergestellt werden. Das Aluminiumalkoxid
kann ein organisches Lösemittel enthalten, und das organische Lösemittel kann eines
sein, das bei der später beschriebenen Kalzination verdampft oder sich zersetzt,
und Beispiele hierfür umfassen polare organische Lösemittel, wie Methanol, Ethanol,
n-Propanol und Isopropanol, und apolare organische Lösemittel, wie Tetrachlorkohlenstoff,
Benzol und Hexan. Die Hydrolyse kann bei einem pH-Wert von üblicherweise 3 oder
mehr, vorzugsweise 5 oder weniger, und einer Temperatur von etwa 60 °C oder
weniger, vorzugsweise etwa 50 °C oder weniger, noch besser etwa 45 °C oder
weniger und üblicherweise 0 °C oder mehr während etwa 1 h bis etwa 72 h durchgeführt
werden.
Das durch Hydrolyse erhaltene Gemisch kann üblicherweise ein Hydrolysat
und Wasser enthalten. Da das Hydrolysat üblicherweise in Wasser unlöslich ist, kann
das Gemisch in der Form eines Sols oder Gels vorliegen oder einen Niederschlag eines
Hydrolysats enthalten.
Das Mischen in Stufe (2) kann beispielsweise durch ein Verfahren (a)
des Mischens eines Impfkristalls mit mindestens einem Bestandteil, der aus der aus
Aluminiumhydroxid, einem Übergangsaluminiumoxid, einem Hydrolysat eines Aluminiumsalzes
und einem Hydrolysat eines Aluminiumalkoxids bestehenden Gruppe ausgewählt ist;
ein Verfahren (b) des Mischens eines Impfkristalls mit einem Aluminiumsalz; ein
Verfahren (c) des Mischens eines Impfkristalls mit einem Aluminiumalkoxid durchgeführt
werden.
Die Menge des Impfkristalls beträgt üblicherweise etwa 1 Gewichtsteil
oder mehr, üblicherweise etwa 2 Gewichtsteile oder mehr, vorzugsweise etwa 4 Gewichtsteile
oder mehr und üblicherweise etwa 50 Gewichtsteile oder weniger,
zweckmäßigerweise etwa 40 Gewichtsteile oder weniger, vorzugsweise 25 Gewichtsteile
oder weniger, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge von dem Impfkristall
und der Aluminiumverbindung, die mindestens eine Verbindung ist, die aus der aus
Aluminiumhydroxid, einem Übergangsaluminiumoxid, einem Hydrolysat eines Aluminiumsalzes
und einem Hydrolysat eines Aluminiumalkoxids bestehenden Gruppe, einem Aluminiumsalz
und einem Aluminiumalkoxid ausgewählt ist.
Bei dem Verfahren (a) oder (b) kann das Mischen in Gegenwart von Wasser
durchgeführt werden. Die Wassermenge beträgt üblicherweise etwa 150 Gewichtsteile
oder mehr, vorzugsweise etwa 200 Gewichtsteile oder mehr und üblicherweise etwa
1000 Gewichtsteile oder weniger, vorzugsweise etwa 500 Gewichtsteile oder weniger,
bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge von dem Impfkristall und der Aluminiumverbindung.
Bei dem Verfahren (b) oder (c) wird zweckmäßigerweise die folgende
Gleichung erfüllt:
W ≥ 350/S
wobei W (Gewichtsteile in Form des Metalloxids, wie Al2O3,
Fe2O3, Cr2O3) die Menge des Impfkristalls,
bezogen auf 100 Gewichtsteile in Form von Al2O3 der Gesamtmenge
von dem Impfkristall und der Aluminiumverbindung ist und S (m2/g) die
spezifische Oberfläche nach BET des Impfkristalls ist. Vorzugsweise wird die folgende
Gleichung erfüllt:
7500/S ≥ W ≥ 400/S
Ein Gemisch von Impfkristall und Aluminiumsalz oder Aluminiumalkoxid
kann ferner einer Hydrolyse unterzogen werden.
Die Hydrolyse kann bei einem pH-Wert von üblicherweise 3 oder mehr,
vorzugsweise 5 oder weniger, und einer Temperatur von etwa 60 °C oder weniger,
vorzugsweise etwa 50 °C oder weniger, noch besser etwa 45 °C oder weniger
und 0 °C oder mehr während etwa 1 h bis 72 h durchgeführt werden.
Das erhaltene Gemisch kann ferner einem Trocknen unterzogen werden.
Das Trocknen kann bei einer Temperatur von üblicherweise etwa 100 °C oder weniger
unter Verwendung eines Gefriertrockners, Vakuumtrockners oder dgl. durchgeführt
werden.
Des weiteren kann das erhaltene Gemisch erhitzt werden. Das Erhitzen
kann bei einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur, bei der sich die Aluminiumverbindung
in &agr;-Aluminiumoxid umwandelt, durchgeführt werden. Die Heiztemperatur beträgt
üblicherweise etwa mehr als 100 °C, vorzugsweise etwa 300 °C oder mehr und
üblicherweise weniger als etwa 600 °C.
Für den Fall, dass das Erhitzen unter Verwendung eines Ofens, der
mit einem Einlass zur Zufuhr des Gemischs und von Gas und einem Auslass zum Abziehen
des Gemischs und von Gas ausgestattet ist, beispielsweise eines Drehofens, der in
Beispiel 1 verwendet wird, durchgeführt wird, ist es günstig, wenn die Heizbedingungen
die folgende Gleichung erfüllen:
wobei x (g/s) die Zufuhrrate des Gemischs, das ein Hydrolysat einer Aluminiumverbindung
enthält, ist,
V2 (Normal-m3/s) die Zufuhrrate von Inertgas ist,
P (Pa) der Atmosphärendruck im Ofen ist,
A (m2/g) die offene Oberfläche im Auslass ist,
n (mol/g) die Molmenge von aus 1 g des Gemischs erzeugtem Gas ist,
R die Gaskonstante (= 8,31 Pa·m3/mol/K) ist,
T (K) die Auslasstemperatur im Ofen ist,
T0 (K) die Temperatur der Atmosphäre außerhalb des Ofens ist, und
&rgr; (m/s) die Durchflussrate von aus dem Auslass ausgetragenem Gas ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst ferner eine Stufe
(3) des Kalzinierens des oben erhaltenen Gemischs.
Die Kalzination kann in vorteilhafter Weise unter Verwendung einer
Vorrichtung, wie einem Rohrelektroofen, Muffelelektroofen, Tunnelofen, Ferninfrarotofen,
Mikrowellenofen, Schachtofen, Reflexionsofen, Drehofen und Rollenherdofen, durchgeführt
werden. Die Kalzination kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt
werden. Sie kann in einem statischen Modus oder Durchlaufmodus durchgeführt werden.
Die Kalzinationstemperatur ist nicht niedriger als die Temperatur,
bei der sich die Aluminiumverbindung in &agr;-Aluminiumoxid umwandelt, sie beträgt
üblicherweise 600 °C oder mehr, vorzugsweise etwa 700 °C oder mehr und üblicherweise
etwa 1000 °C oder weniger, vorzugsweise etwa 950 °C oder weniger. Die Kalzinationsdauer
beträgt üblicherweise 10 min oder mehr, vorzugsweise etwa 30 min oder mehr und üblicherweise
etwa 24 h oder weniger, vorzugsweise etwa 10 h oder weniger.
Die Kalzination wird üblicherweise in Luft oder einem Inertgas, wie
N2 und Ar, durchgeführt. Die Kalzination kann auch in Luft mit einem
gesteuerten Wasserdampfpartialdruck, beispielsweise Luft mit einem Wasserdampfpartialdruck
von 600 Pa oder weniger, durchgeführt werden.
Das erhaltene &agr;-Aluminiumoxidpulver kann einem Pulverisieren unterzogen
werden. Das Pulverisieren kann beispielsweise unter Verwendung einer Mediumpulverisiervorrichtung,
wie einer Schwingmühle und einer Kugelmühle, oder einer pneumatischen Pulverisiervorrichtung,
wie einer Strahlmühle, durchgeführt werden. Ferner kann das &agr;-Aluminiumoxidpulver
einer Klassierung unterzogen werden.
Ein &agr;-Aluminiumoxidpulver, das durch das Verfahren der vorliegenden
Erfindung erhalten wurde, weist einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von
üblicherweise etwa 0,01 &mgr;m oder mehr, vorzugsweise etwa 0,05 &mgr;m oder mehr
und üblicherweise etwa 0,1 &mgr;m oder weniger, vorzugsweise etwa 0,09 &mgr;m oder
weniger, einen &agr;-Anteil von etwa 90 % oder mehr, vorzugsweise etwa 95 % oder
mehr und eine spezifische Oberfläche nach BET von etwa 15 m2/g oder mehr,
vorzugsweise etwa 17 m2/g oder mehr und etwa 50 m2/g oder
weniger auf.
Das &agr;-Aluminiumoxidpulver weist, wie oben beschrieben, einen hohen
&agr;-Anteil und eine große spezifische Oberfläche nach BET und eine kleine Menge
an Teilchen mit Verengung auf, weshalb dieses Pulver als Ausgangsmaterial zur Herstellung
eines &agr;-Aluminiumoxidsinterkörpers mit hoher Festigkeit verwendbar ist. Der
gebildete &agr;-Aluminiumoxidsinterkörper ist als ein Element, für das hohe Festigkeit
erforderlich ist, wie ein Schneidwerkzeug, Biokeramiken, Keramiken mit Leitwegemuster
geringen Widerstands (beispielsweise Aluminiumoxidkeramiken mit einem darauf befindlichen
Kupfermuster) und schusssichere Platten, geeignet. Der &agr;-Aluminiumoxidsinterkörper
wird aufgrund seiner chemischen Stabilität, beispielsweise hervorragender Korrosionsbeständigkeit,
als Teil einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiters, wie einer Waferhandhabungsvorrichtung;
als Elektronikteil, wie ein Sauerstoffsensor; ein durchscheinendes Rohr, wie eine
Natriumlampe und eine Metallhalogenidlampe; oder ein Keramikfilter verwendet. Ein
Keramikfilter wird zur Entfernung von in einem Abgas enthaltenen festen Komponenten,
zur Filtration einer Aluminiumschmelze, Filtration von Getränken, wie Bier, oder
selektiven Permeation eines bei der Erdölverarbeitung produzierten Gases oder von
CO-, CO2-, N2-, O2-, H2-Gas verwendet.
Das &agr;-Aluminiumoxidpulver kann als Sintermittel für Keramiken, wie wärmeleitende
Keramiken (beispielsweise AlN), YAG und Leuchtstoffe verwendet werden.
Ferner kann das &agr;-Aluminiumoxidpulver als Additiv für einen Toner
oder Harzfüllstoff, zur Verbesserung der Kopfreinigungseigenschaft und Reibungsbeständigkeit
durch Zugabe desselben zu einer Applikationsschicht eines Magnetmediums des Applikationstyps
verwendet werden. Auch kann das &agr;-Aluminiumoxidpulver als Additiv für Kosmetika
oder Bremsbeläge verwendet werden.
Ferner wird das &agr;-Aluminiumoxidpulver als Poliermaterial verwendet.
Beispielsweise ist eine Aufschlämmung, die durch Dispersion eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers
in einem Medium, wie Wasser, erhalten wurde, zum Polieren eines Halbleiter-CMP und
Polieren eines Festplattensubstrats geeignet. Ein durch Auftragen von &agr;-Aluminiumoxidteilchen
auf die Oberfläche eines Streifens erhaltener Polierstreifen ist zum präzisen Polieren
einer Festplatte und eines Magnetkopfs geeignet.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele detaillierter
beschrieben, wobei diese nicht als Begrenzung des Umfangs der vorliegenden Erfindung
betrachtet werden sollen. Die Eigenschaften von &agr;-Aluminiumoxid und einem Impfkristall
wurden wie folgt bewertet.
(1) &agr;-Anteil
Dieser wird gemäß der folgenden Gleichung (i) unter Verwendung der
Peakintensität I25,6 bei 2&thgr; = 25,6°, die der
Peakintensität von &agr;-Aluminiumoxid-(012) entspricht, und der Peakintensität
I46 bei 2&thgr; = 46°, die der Peakintensität eines von &agr;-Aluminiumoxid
verschiedenen Aluminiumoxids entspricht, aus einem Beugungsspektrum, das unter den
Bedingungen von Strahlungsquelle: CuK&agr;-Strahl, 40 kV × 20 mA, Monochromator:
Graphit, unter Verwendung eines Pulverröntgendiffraktometers ermittelt wurde, berechnet:
&agr;-Anteil = I25,6/(I25,6 + I46)
× 100(%)(i)
(2) Durchschnittlicher Primärteilchendurchmesser
Aus einer Transmissionselektronenmikrographie von &agr;-Aluminiumoxidpulver
wurde der maximale Durchmesser längs einer konstanten Richtung jedes Primärteilchens
von jedem von 20 oder mehr Teilchen gemessen und der Durchschnittswert der Messwerte
berechnet.
(3) Spezifische Oberfläche nach BET
Sie wurde unter Verwendung eines Analysators der spezifischen Oberfläche
(Handelsbezeichnung "FLOWSORB II 2300", hergestellt von Shimadzu Corporation) mit
einem Stickstoffadsorptionsverfahren ermittelt.
(4) Pulverisierungsgrad
Röntgenbeugungsspektren des Impfkristalls (&agr;-Aluminiumoxid) vor
und nach Pulverisiervorgängen wurden mittels eines Röntgendiffraktometers ermittelt.
Die Halbwertsbreiten einer Phase (116), d.h. H0(116) (vorher) und H(116) (nachher),
wurden aus den Röntgenbeugungsspektren erhalten, worauf die Berechnung gemäß der
Gleichung (ii) erfolgte:
Pulverisierungsgrad = H(116)/H0(116)(ii)
(5) Verengungsgrad
Von 20 oder mehr Teilchen auf einer Transmissionselektronenmikrographie
von &agr;-Aluminiumoxidpulver wurde der Anteil von solchen in Form von zwei oder
mehr agglomerierten Primärteilchen berechnet. Das Messverfahren wird durch das folgende
Beispiel, wie in 2 gezeigt, erklärt.
In dem Diagramm:
Teilchen in Form von nichtagglomerierten Primärteilchen: 18
Teilchen in Form von zwei agglomerierten Primärteilchen: 1
Teilchen in Form von drei agglomerierten Primärteilchen: 1
In diesem Fall betrug der Verengungsgrad 10 % [= 2/(18+1+1)]
Beispiel 1Herstellung einer Metallverbindung (&agr;-Aluminiumoxid)
Das Aluminiumhydroxid wurde durch Hydrolyse eines Aluminiumisopropoxids
erhalten, worauf eine Vorkalzination folgte, wobei ein Übergangsaluminiumoxid erhalten
wurde, in dem die Hauptkristallphase die &thgr;-Phase war und 3 Gew.-% &agr;-Phase
enthalten waren; das Übergangsaluminiumoxid wurde durch eine Strahlmühle pulverisiert,
wobei ein Pulver mit einer Schüttdichte von 0,21 g/cm3 erhalten wurde.
Das erhaltene Pulver wurde mittels eines Ofens, der mit Luft eines
Taupunkts von –15 °C (Wasserdampfpartialdruck 165 Pa) gefüllt war, unter
den im folgenden angegebenen Bedingungen kalziniert:
Modus: kontinuierliche Zufuhr und Austragung,
durchschnittliche Verweildauer: 3 Stunden,
maximale Temperatur: 1170 °C.
Danach wurde &agr;-Aluminiumoxid mit einer Halbwertsbreite H0(116),
einer spezifischen Oberfläche nach BET von 14 m3/g erhalten. Ein Röntgenbeugungsdiagramm
des &agr;-Aluminiumoxids ist in 3 gezeigt.
Pulverisierung von &agr;-Aluminiumoxid
100 Gewichtsteile des &agr;-Aluminiumoxids und 1 Gewichtsteil eines
Propylenglykols als Pulverisierungsmittel wurden in eine Schwingmühle eingetragen,
um das &agr;-Aluminiumoxidpulver unter den folgenden Bedingungen zu pulverisieren:
Medium: Aluminiumperlen mit einem Durchmesser von 15 mm,
Verweildauer: 12 Stunden.
Infolgedessen wurde ein Impfkristall mit einer Halbwertsbreite H(116)
und einer spezifischen Oberfläche nach BET von 17,2 m3/g und einem durchschnittlichen
Teilchendurchmesser von 0,1 &mgr;m erhalten. Ein Röntgenbeugungsdiagramm des Impfkristalls
ist in 4 gezeigt. In diesem Beispiel beträgt der Pulverisierungsgrad
H(116)/H0(116)> 1,1.
Herstellung einer Impfkristallaufschlämmung
In 150 g einer 0,01 mol/l wässrigen Aluminiumnitratlösung wurden 37,5
g des Impfkristalls dispergiert, wobei eine Aufschlämmung erhalten wurde. In ein
Kunststoffgefäß mit einem Innenvolumen von 1 l wurden die Aufschlämmung und 700
g Aluminiumoxidperlen mit einem Durchmesser von 2 mm eingetragen und dann gerührt.
Der Inhalt des Gefäßes wurde entnommen, um die Aluminiumoxidperlen durch Filtration
zu entfernen, und dann wurde die Impfkristallaufschlämmung erhalten.
Mischen von Impfkristall und Aluminiumverbindung
750,26 g (2 mol) Aluminiumnitratnonahydrat (Al(NO3)3·9H2O)
(hergestellt von Kansai Catalyst Co., Ltd., Reagensqualität, Aussehen: Pulver) wurden
in 1555,7 g Wasser gelöst, wobei eine Aluminiumnitratlösung erhalten wurde. Die
Aluminiumnitratlösung wurde mit 218,6 g des oben beschriebenen Impfkristalls (43,4
g in Form von Al2O3) versetzt und dann des weiteren unter
Rühren bei Raumtemperatur mit 340,46 g 25%-igem wässrigem Ammonium (hergestellt
von Waco Pure Chemical Industries, Ltd., Spezialreagensqualität), d.h. 85,12 g (5
mol) in Form von NH3 mit einer Zufuhrrate von 32 g/min mittels einer
Mikrodrehkolbenpumpe versetzt, wobei ein Gemisch erhalten wurde. Das erhaltene Gemisch
wies einen pH-Wert von 3,9 auf. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur gehalten und
anschließend bei 60 °C getrocknet, und dann mit einem Mörser pulverisiert, wobei
ein Pulvergemisch erhalten wurde. Das Pulvergemisch enthielt 85 g (in Form von Al2O3)
amorphes Aluminiumoxid, 390 g (in Form von NH4NO3) Ammoniumnitrat,
71 g (in Form von Al(NO3)3) Aluminiumnitrat und Impfkristall.
Die Impfkristallmenge in Form von Al2O3 betrug 30 Gewichtsteile
pro 100 Gewichtsteile des Pulvergemischs.
Kalzination
Das Pulvergemisch wurde unter Verwendung eines Drehofens (hergestellt
von Takasago Industry Co., Ltd.) mit einem Innenvolumen von 79 l unter den folgenden
Bedingungen vorkalziniert:
Modus: kontinuierliche Zufuhr, kontinuierliche Austragung,
Zufuhrrate des Pulvers: 20 g/min,
Ofentemperatur
Einlass: 490 °C
Auslass: 390 °C,
Druck: 0,1 MPa
Zufuhrrate des Gases: 10 Nl Stickstoff (N2)/min,
Durchflussrate des ausgetragenen Gases: 2,8 m/Sekunde
Rotationsgeschwindigkeit des Drehofens: 2 Umin-1.
Das Pulvergemisch erzeugte 34,7 × 10-3 mol Gas, bezogen
auf 1 g des Pulvergemischs. Das aus dem Drehofen ausgetragene Pulver wurde in einen
aus Aluminiumoxid bestehenden Tiegel gegeben, worauf der Tiegel in den Ofen gestellt
wurde. Danach wurde das Pulver mit einer Temperaturerhöhungsrate von 300 °C/Stunde
auf 920 °C erhitzt und anschließend 3 h bei 920 °C gehalten, wobei kalziniert
wurde. Die Eigenschaften des &agr;-Aluminiumoxidpulvers sind in Tabelle 1 angegeben.
Eine TEM eines erhaltenen &agr;-Aluminiumoxidpulvers ist in 5
gezeigt.
Beispiel 2
Eine Impfkristallaufschlämmung, die in "Herstellung einer Impfkristallaufschlämmung"
von Beispiel 1 erhalten wurde, wurde unter der Bedingung einer Rotationsgeschwindigkeit
von 4000 Umin-1 40 min zentrifugiert, wobei ein Überstand erhalten wurde,
der 3,3 Gew.-% eines feinen &agr;-Aluminiumoxid-Impfkristalls mit einer spezifischen
Oberfläche nach BET von 38,1 m2/g enthielt. Ein Röntgenbeugungsdiagramm
des Impfkristalls ist in 6 gezeigt. In diesem Beispiel
beträgt der Pulverisierungsgrad H(116)/HO(116) 1,38.
375, 13 g (1 mol) Aluminiumnitratnonahydrat (Al(NO3)3·9H2O)
(hergestellt von Kansai Catalyst Co., Ltd., Reagensqualität, Aussehen: Pulver) wurden
in 777,87 g Wasser gelöst, wobei eine Aluminiumnitratlösung erhalten wurde. Die
Aluminiumnitratlösung wurde mit 171,7 g des oben beschriebenen Impfkristalls (5,67
g in Form von Al2O3) versetzt und dann des weiteren unter
Rühren bei Raumtemperatur mit 161,7 g 25%-igem wässrigem Ammoniak (hergestellt von
Waco Pure Chemical Industries, Ltd., Spezialreagensqualität), d.h. 40,422 g in Form
von NH3, mit einer Zufuhrrate von 32 g/min mittels einer Mikrodrehkolbenpumpe
versetzt, wobei ein Gemisch erhalten wurde. Das erhaltene Gemisch wies einen pH-Wert
von 3,9 auf. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur gehalten, anschließend bei 60
°C getrocknet, und dann mit einem Mörser pulverisiert, wobei ein Pulvergemisch
erhalten wurde. Das Pulvergemisch enthielt 85 g (in Form von Al2O3)
amorphes Aluminiumoxid, 390 g (in Form von NH4NO3) Ammoniumnitrat,
71 g (in Form von Al(NO3)3) Aluminiumnitrat und Impfkristall.
Die Menge des Impfkristalls in Form von Al2O3 betrug 10 Gewichtsteile
pro 100 Gewichtsteile des Pulvergemischs.
Der gleiche Vorgang wie bei "Kalzination" von Beispiel 1 wurde durchgeführt,
wobei jedoch die Kalzinationstemperatur auf 900 °C geändert wurde. Die Eigenschaften
des &agr;-Aluminiumoxidpulvers sind in Tabelle 1 gezeigt. Eine TEM eines erhaltenen
&agr;-Aluminiumoxidpulvers ist in 7 gezeigt.
Tabelle 1 Eigenschaften eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers
Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers, das die
folgenden Stufen umfasst:
(1) Pulverisieren einer Metallverbindung, die eine Halbwertsbreite (H0) eines Hauptpeaks
im Röntgenbeugungsdiagramm aufweist, zur Gewinnung eines Impfkristalls, der eine
Halbwertsbreite (H) des Hauptpeaks im Röntgenbeugungsdiagramm aufweist,
(2) Mischen des erhaltenen Impfkristalls mit einer Aluminiumverbindung,
(3) Kalzinieren des Gemischs,
und wobei das Verhältnis H/H0 1,06 oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
1, wobei die Metallverbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der aus Metalloxiden
und Metallhydroxiden bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
2, wobei die Metallverbindung mindestens eine ist, die aus der aus &agr;-Al2O3,
&agr;-Fe2O3, &agr;-Cr2O3 und Diaspor
bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
1, wobei das Verhältnis H/H0 5 oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
1, wobei die Aluminiumverbindung mindestens eine ist, die aus
der aus Aluminiumhydroxid, einem Übergangsaluminiumoxid, einem Aluminiumsalz, einem
Hydrolysat eines Aluminiumsalzes, einem Aluminiumalkoxid und einem Hydrolysat eines
Aluminiumalkoxids bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
5, wobei die Aluminiumverbindung mindestens eine ist, die aus der aus einem Aluminiumsalz
und einem Aluminiumalkoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
6, wobei die Menge des Impfkristalls W (Gewichtsteile in Form von Al2O3
in Form von Oxid, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge des Impfkristalls
und der Aluminiumverbindung) und die spezifische Oberfläche nach BET des Impfkristalls
S (m2/g) die folgende Gleichung erfüllen:
W ≥ 350/S
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
1, wobei die Aluminiumverbindung mindestens eine ist, die aus der aus Aluminiumhydroxid,
einem Übergangsaluminiumoxid, einem Aluminiumsalz, einem Hydrolysat eines Aluminiumsalzes
und einem Hydrolysat eines Aluminiumalkoxids bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
8, wobei das Mischen in Gegenwart von Wasser durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
9, wobei die Wassermenge etwa 150 bis etwa 1000 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile
der Gesamtmenge von der Aluminiumverbindung und des Impfkristalls beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
5, wobei die Aluminiumverbindung ein Aluminiumsalz ist.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
11, das ferner eine Stufe des Mischens einer Base mit dem Gemisch in Stufe (2) zur
Hydrolyse der Aluminiumverbindung umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
12, wobei die Hydrolyse bei einem pH-Wert von 3 oder mehr durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines &agr;-Aluminiumoxidpulvers nach Anspruch
13, wobei die Hydrolyse bei einem pH-Wert von 3 bis 5 durchgeführt wird.