JPH02293371A

JPH02293371A - α―Ａｌ↓２Ｏ↓３焼結物体の製造

Info

Publication number: JPH02293371A
Application number: JP2096643A
Authority: JP
Inventors: Paul Dr Moeltgen; パウル・メルトゲン
Original assignee: HERMANN C STARCK BERLIN GmbH and CO KG; HC Starck GmbH
Current assignee: HERMANN C STARCK BERLIN GmbH and CO KG; HC Starck GmbH
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1990-12-04
Also published as: CA2014482A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は，Ａｌ■Ｏ，出発物質が水熱処理にさらされそ
してかくして得られる生成物が乾燥、か焼及び焼結され
る、ａ−ＡＩ　ｔｏ　ｓ焼結物体の製造方法に関する。

α−ＡＩ，○，焼結物体の好ましい応用は研磨剤？して
のそれらの使用である。

発明の背景溶融コランダム研磨剤の外に、焼結された研磨物質は既
に約５０年の間知られてきた。もっと最近になって、そ
の微小結晶性の構造が研磨技術にとって特別な利点をも
たらすα−ＡＩ．Ｏ．を基にした焼結された研磨剤が知
られるようになった。

かくして、米国特許（ＵＳＰ）４，３１４．８２７は、
約１．４００℃の焼結温度でゾルーゲル技術によって製
造される微小結晶性研磨物質を述べている。焼結助剤と
して改質成分例えばＨｆＯ．、ＺｒＯ１、ＭｇＯ，Ｚｎ
Ｏ，Ｃｏｏｓ　ＮｉＯなどが添加される。

ヨーロッパ特許条約出願（ＥＰ−Ａ）　Ｏ　　ｌ　５２
　７６８は、また酸化アルミニウム水和物ゲルを焼結す
ることによって製造される研磨物質を開示している。γ
一Ａ１■０，からσ一Ａ１■Ｏ，への転移温度を減少さ
せるために、ここでは核形成剤として極めて細かいα−
ＡＩ，０，粒子を添加する。

結晶成長抑制剤例えばＭｇＯ、ＳｉＣｌ２、Ｃｒ，０３
、Ｆｅ２０，、ＺｒＯ．を添加することもできる。

類似の方法及び物質は、西ドイツ出願（ＤＨ−Ａ）０　
　０２４　　０９９、ＤＥ−Ａ−３　　２１９　　６０
７、ＵＳＰ４，５１８，３９７、ＵＳＰ４，５７４，０
０３、ＵＳＰ４，６２３，３６４、ＥＰ−Ａ　　Ｏ　　
１６８　　６０６、ＥＰ−Ａ　　０　　２００　４８７
、ＥＰ−Ａ　　Ｏ　　２２８　　８５６、ＥＰ−Ａ　　
Ｏ　　２０９　　０８４及びＥＰ−Ａ　　０２６３　　
８１０中に述べられている。

すべての上で述べた方法は、それらがゾルーゲル法によ
って極めて細かく分散されたベーマイト［Ａ　Ｉ　Ｏ　
（ＯＨ）　］　タイプの酸化アルミニウムー水和物で実
施されるという共通の特徴を有する。

例えばアルミニウムー有機化合物の加水分解によって得
られる比較的高価な原材料、そしてそれらの高価なプロ
セス技術がゾルーゲルａ−ＡＩよ０３（合成コランダム
）のコストを通常のび−ＡＩ．Ｏ，のコストの多数倍に
引き上げてしまう。

西ドイツ特許（ＤＥ−Ｃ）３　　６０４　　８４８にお
いては、アルミナ含有原材料、ケイ酸含有化合物そして
さらに添加物（金属、ＣｏＳＮｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＺｎＳ
Ｓｉｓ　ＴｉまたはＮｉの化合物）の分散液を粉砕して
焼結できる泥漿（ｓｌｉｐ）となし、これから、ｌ，７
００℃までの温度での段階的な乾燥及び焼結によって、
そのコランダム結晶が５ミクロン未満の径を有する研磨
剤を製造することができる方法が述べられている。かく
して、高価な原材料は確かに回避されているが、所望の
微小結晶性研磨剤に到達するためには、なお非常に高価
な粉砕方法及び高い焼結温度に依存することが必要であ
る。

このようにして得られた生成物はまた約２パーセントの
シリケート（これは、アルミナに関する１　８　〜２　
３　Ｇ　Ｐ　ａと比較して、１４ＧＰａまでの範囲のそ
れらの硬さによって示されるように、研磨力に関しては
価値がない）を含み、そしてゾルーゲル法によって得ら
れてきた物質の微．小構造において設定される標準（０
．４ミクロン未満の微結晶サイズ）には遠く及ばない５
ミクロン未満の微結晶サイズを有する。

本発明の主な目的は、当該技術の現状の方法の上で述べ
た欠点を持たない、サブミクロンの微結晶構造のそして
良好な研磨性質の焼結された微小結晶性α−ＡＩ．０，
焼結物体の安価な原材料からの製造方法を提供すること
である。

発明の要約上の目的中で述べられた要件は、もし、特に以下に述べ
るやり方で、χ−Ａｌ２Ｏ３を出発物質として使用する
ならば、達成されることがここに見い出された。本発明
は、ＡＩ，Ｏ，出発物質を、触媒量の酸の存在下で水熱
処理にかけ、そしてかくして得られる生成物を乾燥、か
焼そして焼結する、α−Ａｌ２Ｏ，焼結物体の製造方法
であって、χ−Ａｌ２Ｏ，をＡ＋，０３出発物質として
使用しそして水熱旭理によって得られる生成物に焼結添
加物を添加する方法を含む。

本発明の好ましい実施態様の詳細な説明本発明に従って
使用されるχ−ＡＩ，Ｏ，は、好ましくはＤＥ−Ｃ　　
２　　０５９　　９４６に従って製造される。これによ
れば、χ−ＡＩ，Ｏ，は、アルミニウム三水和物（ギブ
ス石）からいわゆるショッフ（Ｓｃｈｏｐｐｅ）チャン
バー中でシ１ツク加熱によって製造される。このように
して得られる活性な酸化物は、本質的に完全にベーマイ
トを含まず、そしてブルナウア一一エメットーテラー法
（ＢＥＴ）によって（ＢＥＴ法の一点窒素具体化方法（
ｅｍｂｏｄｉｍｅｎＬ）によって測定して）　２　０　
０〜４　０　０ｍ”／ダラム（通常約３００ｍ’／ダラ
ム）の表面積を有する。それは、好ましくは、水熱処理
の後で水性硝酸懸濁液としてオートクレープ中で高粘度
物体に転換される。もし水熱処理が０．５〜５時間１５
０と２５０℃の間の温度で実施されるならば、特に良好
な結果が達成される。生成する物体を乾燥する。この乾
燥ステップの後には、好ましくは乾燥された物体の粉砕
が続く。粉砕された粒子をか焼及び焼結してもよい。こ
の粉砕は、もし使用されるならば、粗い最終サイズまで
でもまたは非常に細かいものまででもよい。粗い粒径（
０．１〜３．Ｏｍｍ）への粉砕は必ずしも研磨利用性を
危う＜　（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ）　Ｌ／ない：研磨粒
子の自己研ぎ機構はそれ自体はよく知られている。もし
細かい粉砕が行われれば、その後で成形ステップを行わ
なければならない。

もしか焼の前に圧縮操作を実施すれば、細かいまたは粗
い粒子に関して特に良好な研磨使用結果が達成される。

本発明による焼結添加物の添加は、好ましくは遅くとも
この圧縮操作の前に実施される。このような添加は、（
ａ）水熱旭理に先立って懸濁液中に、（ｂ）このような
処理に続く乾燥または粉砕の時に、あるいは（ｃ）圧縮
の直前に実施してよい。

本発明の好ましい実際によれば、焼結添加物の量はＯ、
２〜ｌＯ重量パーセント（添加物対Ａｌ２０，の比）、
そしてさらに好ましくは０．５〜２重量パーセントであ
る。本発明において使用される焼結添加物は、好ましく
は金属酸化物、及び／または好ましくはスピネルまたは
焼結反応条件下でスピネルを生成する金属化合物である
。現在、後者の範一においては数個の既知の金属酸化物
が存在する。適当な焼結添加物は、例えばＨＰ−Ａ０　
　２００　　４８７中に開示されている。

本発明による方法のもう一つの好ましい変形例において
は、α−ＡＩ，０３核を焼結添加物として添加する。

上の焼結添加物の組み合わせもまた使用することができ
る。

硝酸（　Ｈ　Ｎ　Ｏ　３）は、水熱処理の間の酸として
特に適当である。その他の類似の酸（低いｐＨ及び／ま
たは揮発性に関して）を用いることもできる。生成物の
最後の焼結は、本発明の好ましい実施態様に従って１，
２００と１，６００℃の間の、さらに好ましくは１．３
００〜１．３８０℃の温度で実施される。さらにまた、
焼結とか焼を一つのステップで実施することが好ましい
。本発明の方法によれば、理論密度の９５バーセントよ
り大きい密度を有しそして１６〜２２ＧＰａの範囲内の
硬さを有し、そしてサブミクロンの範囲内の微結晶構造
を有するａ　　Ａ　ｌ　ｔｏ　ｓ焼結物体を製造するこ
とができる。

以下の詳細な説明においては、本発明の方法の実際の好
ましい実施態様が実施例によって説明されるが、本発明
はそれに限定されない。

実施例ｌ７５０グラムのχ−Ａｌ２Ｏ３を１５０＋ａＱの濃硝酸
（１５Ｍ）を含む３リットルの蒸留水中で２ｏＯ℃及び
２０ｂａ　ｒでオートクレープ中で１時間撹拌した。生
成された高粘度物質を乾燥オーブン中で８０℃で乾燥し
、次に粉砕し、焼結補助剤としての７グラムのσ−ＡＩ
，Ｏ，粒子（粒径くｌミクロン）と混合し、そして錠剤
に圧縮した。この圧縮体を６時間以内に１，３５０℃に
加熱し、そしてこの温度で約５時間か焼／焼結した。

最終生成物物質は以下の性質を有していた：硬さ：　　
　　　　　　　　２１ＧＰａ密度：　　　　　　　　理
論の９８％微結晶サイズ＝　　　　１ミクロン未満実施例２圧縮体をまず７００°０までの温度でか焼し、次に細か
く砕きそして次に１，３５０℃で焼結した以外は実施例
ｌの処理を繰り返した。

最終生成物物質の性質は以下のようであった：硬さ：　
　　　　　　　　　２０ＧＰａ密度：　　　　　　　　
理論の９８．２％本発明の別の好ましい実施態様は、始
めにおいてあるいは水熱処理の過程において焼結補助剤
粒子を添加することを含む。

実施例３７５０グラムのχ−Ａｌ２Ｏ３を１５０ｍｌ２の濃硝酸
（１５Ｍ）及び１４グラムのＭｇ　（Ｎｏｓ）　ｚを含
む３リットルの蒸留水中で２０ｂａｒ及び２００℃でオ
ートクレープ中で３０分間撹拌する。このゲルを真空プ
レスによって押出しそして乾燥オーブン中で８０℃で乾
燥する。乾いたゲルを６時間にわたって６００℃に段階
的に加熱すると、この間に残りの水と亜硝酸ガスが放出
される。生成するか焼されたＡＩ，Ｏ．を次に１．３５
０℃で５時間焼結する。

得られる物質は以下の性質を有する：？さ：　　　　　　　　　　２１ＧＰａ密度二　　　　
　　　　理論の９８．８％微結晶サイズ：　　　　ｌミ
クロン未満実施例４７グラムのα−ＡＩ！Ｏ，を焼結補助剤として使用する
以外は実施例３におけるようにした。

得られた物質は以下の性質を有していた：硬さ：　　　
　　　　　　　２１ＧＰａ密度：　　　　　　　　理論
の９９．０％微結晶サイズ：　　　　ｌミクロン未満本
発明の方法の使用によって製造された物質はまｔ；、他
の通常のａ−Ａｌ■０，の用途においても、例えば耐火
（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ）ライナー、型（ｓｈａｐｅｓ
）、構造物（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）として、特殊な電
気的及び光学的材料として、触媒担体として、そしてこ
のような目的のだめの複合物の構成員としても使用する
ことができる。

本発明の実際は、本発明のもっとも広い範囲と一致させ
て数個のやり方で改変することができ、これらは、α−
ＡＩ，Ｏ．を他の高い力の研磨剤（例えば炭化ケイ素）
と混合することあるいは製造されたσ−ＡＩ，Ｏ，に本
明細書中で述べられたような他の性質を賦与することを
含むがこれらに限定されない。上で述べｔ；よりも大き
い、例えば約３０ミクロンのＡｌ２Ｏ３微結晶を用いる
こともできる。

実施例３及び４において上で概略説明したプロセスステ
ップの好ましい組み合わせの別の代りのものは、水熱処
理のゲル生成物を乾燥し、か焼しそして焼結しそして粉
末にすることである。次に焼結補助剤（もしあるならば
）をオートクレープ処理に先立ってあるいはその間に添
加してよい。

粉末化は乾燥、か焼または焼結の後でよい。

他の実施態様、改良、詳細及び用途を、前述の開示の字
句及び精神に沿ってそして本発明の範囲内で為すことが
できることは今や当業者にとっては明らかであろう。本
発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定され、
等価物の原則も含めて、特許法に従って解釈される。

本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りであ？。

■）主要成分としてχ一Ａ１■０，を含有して成る前駆
体物質を水熱旭理しそして次にこの水熱処理物質を焼結
のようなプロセス条件にさらして、それによって高価な
出発物質またはプロセス条件を使用しないでサブミクロ
ンのサイズの微結晶を有するα−ＡＩ．Ｏ．が高い密度
及び高い硬さで生成されることを含有して成る、理論密
度の９５〜１００％のそして高い研磨力の物質としての
α一Ａｌ２Ｏ３の製造方法。

２）該前駆体が本当に焼結される、上記１に記載の方法
。

３）焼結に先立って焼結補助添加物が該物質中に入れら
れる、上記２に記載の方法。

４）該焼結補助剤が金属酸化物及びα−Ａ　１２０　，
から成る群から選ばれる、上記３に記載の方法。

５）該焼結添加物がσ−ＡＩ，Ｏ．である、上記４に記
載の方法。

６）該金属酸化物が、初期のスピネル型結晶構造のもの
であるかあるいは焼結条件下でこのような構造を生成す
る性格のものである、上記３に記載の方法。

７）該焼結が、焼結を有効にする１．２００〜１，８０
０゜Ｃの範囲内の温度で実施される、上記３、４または
６のいずれかに記載の方法。

８）該焼結が、１．３００〜ｌ，３８０℃の範囲内の温
度で実施される、上記４または５のどちらかに記載の方
法。

９）該焼結ステップが、水熱処理の後のか焼ステップと
しても利用される、上記２に記載の方法。

１０）該水熱処理が、触媒的な酸の存在下でのχ−Ａｌ
２Ｏ，の水懸濁液の高圧及び加熱処理を含有して成る、
上記１に記載の方法。

１１）該水熱処理の温度／時間の範囲のマトリックスが
１５０〜２５０℃／０．５〜５時間である、上記ｌＯに
記載の方法。

１２）該前駆体物質が水熱プロセス処理の内にまたはそ
の後でサブミクロンのサイズに生成され、そしてこのよ
うな物質が引き統いて焼結される、上記ｌまたは１０の
どちらかに記載の方法。

１３）焼結に先立って焼結補助添加物が該物質中に入れ
られる、上記ｌ２に記載の方法。

１４）該焼結補助剤が金属酸化物及びσ−Ａ＋２０，か
ら成る群から選ばれる、上記１３に記載の方法。

１５）該焼結添加物がα−ＡＩ．Ｏ．である、上記ｌ４
に記載の方法。

１６）該添加物が、初期のスビネル型結晶構造のもので
あるかあるいは焼結条件下でこのような構造を生成する
性格のものである、上記ｌ３に記載の方法。

１７）該焼結が、焼結を有効にするｌ，２００〜１．８
００℃の範囲内の温度で実施される、上記ｌ４またはｌ
６のどちらかに記載の方法。

１８）該焼結が、１．３００〜１．３８０°Ｃの範囲内
の温度で実施される、上記ｌ４またはｌ６のどちらかに
記載の方法。

１９）該焼結ステップが、水熱処理の終結のか焼ステッ
プとしても利用される、上記ｌ２に記載の方法。

２０）該水熱処理された前駆体が圧縮されそしてか焼さ
れる、上記ｌまたは１０のどちらかに記載の方法。

２１）このような圧縮に先立って焼結添加物が該物質中
に埋め込まれそして次に該物質がか焼されそして焼結さ
れる、上記２０に記載の方法。

２２）添加される焼結添加物の量が、前駆体χＡｌ．Ｏ
，の重量と比較して０．２〜ｌＯ重量パーセントの範囲
内である、上記２ｌに記載の方法。

２３）該範囲が０．５〜２重量パーセントである、上記
２２に記載の方法。

２４）上記ｌに述べられた前駆体物質の使用も含めて、
上記ｌに記載の方法によって作られ、そして理論密度の
９５％以上及びサブミクロンの微結晶サイズによってさ
らに特徴づけられる、研磨アルミナ物質。

２５）該水熱処理が触媒的な手段を用いて実施される、
上記１に記載の方法。

２６）該触媒的な手段が、（ａ）このような処理におい
て使用される調節された酸の量及びタイプ、（ｂ）それ
において使用される細かな粒子及び（ｃ）（ａ）と（ｂ
）の組み合わせから成る群から選ばれる、上記２５に記
載の方法。

２７）核酸が硝酸を含有して成る、（ａ）及び（ｃ）か
ら成る群から選ばれた触媒的な人工物を含む上記２６に
記載の方法。

２８）該粒子が金属酸化物及びα−Ａｌ２Ｏ，から成る
群から選ばれる、（ｂ）及び（Ｃ）から成る群から選ば
れた触媒的な人工物を含む上記２６に記載の方法。

２９）該粒子が、前駆体χ一Ａｌ２０，の重量と比較し
て０．２〜ｌＯ重量パーセントの範囲内で添加される、
上記２８に記載の方法。

３０）該添加物範囲が０．５〜２重量パーセントである
、上記２９に記載の方法。

３１）前駆体の水熱処理、そしてこのような処理の生成
物を乾燥、か焼及び焼結することにょるａ　−Ａ　Ｉ　
２ｏ　３の製造方法において、χ−ＡＩ．Ｏ，が該前駆
体として使用される改良方法。

３２）か焼及び焼結に先立って該物質が圧縮される、上
記３ｌに記載の方法。

３３）焼結に先立って焼結補助添加物が該物質中に入れ
られる、上記３２に記載の方法。

３４）該焼結補助剤が金属酸化物及びα−ＡＩｌＯ，か
ら成る群から選ばれる、上記３３に記載の方法。

３５）該焼結添加物がα−Ａ　Ｉ　ｔｏ　３である、上
記３４に記載の方法。

３６）該金属酸化物が、初期のスピネル型結晶構造のも
のであるかあるいは焼結条件下でこのような構造を生成
する性格のものである、上記３４に記載の方法。

３７）該焼結が、焼結を有効にする１．２００〜ｌ．８
００゜Ｃの範囲内の温度で実施される、上記３４または
３６のどちらかに記載の方法。

３８）該焼結が、１．３００〜ｌ，３８０℃の範囲内の
温度で実施される、上記３７に記載の方法。

３９）該焼結ステップが、水熱処理の終結のか焼ステッ
プとしても利用される、上記３２に記載？方法。

４０）主要成分としてχ−Ａ１■０，を含有して成る前
駆体物質を水熱処理しそして次にこの水熱旭理物質を焼
結のようなプロセス条件にさらして、それによって高価
な出発物質またはプロセス条件を使用しないでσ−Ａｌ
２Ｏ３が高い密度及び高い硬さで生成されることを含有
して成る、理論密度の９５〜１００％のそして高い研磨
力の物質としてのσ−ＡＩ，Ｏ．の製造方法。

４１）該前駆体が本当に焼結される、上記４０に記載の
方法。

４２）焼結に先立って焼結補助添加物が該物質中に入れ
られる、上記４１に記載の方法。

４３）該焼結補助剤が金属酸化物及びα−ＡＩ，０，か
ら成る群から選ばれる、上記４２に記載の方法。

４４）該焼結添加物がσ−ＡＩ．Ｏ，である、上記４３
に記載の方法。

４５）該金属酸化物が、初期のスビネル型結晶構造のも
のであるかあるいは焼結条件下でこのような構造を生成
する性格のものである、上記４２に記載の方法。

４６）上記４０に述べられた前駆体物質の使用も含めて
、上記４０に記載の方法によって作られ、そして理論密
度の９５％以上及びサブミクロンの微結晶サイズによっ
てさらに特徴づけられる、研磨アルミナ物質。

ト●コンパニー●コマンジットケセ

Claims

【特許請求の範囲】１）主要成分としてχ−Ａｌ＿２Ｏ＿３を含有して成る
前駆体物質を水熱処理しそして次にこの水熱処理物質を
焼結のようなプロセス条件にさらして、それによって高
価な出発物質またはプロセス条件を使用しないでサブミ
クロンのサイズの微結晶を有するα−Ａｌ＿２Ｏ＿３が
高い密度及び高い硬さで生成されることを含有して成る
、理論密度の９５〜１００％のそして高い研磨力の物質
としてのα−Ａｌ＿２Ｏ＿３の製造方法。２）請求項１に述べられた前駆体物質の使用も含めて、
請求項１記載の方法によって作られ、そして理論密度の
９５％以上及びサブミクロンの微結晶サイズによってさ
らに特徴づけられる、研磨アルミナ物質。３）主要成分としてχ−Ａｌ＿２Ｏ＿３を含有して成る
前駆体物質を水熱処理しそして次にこの水熱処理物質を
焼結のようなプロセス条件にさらして、それによって高
価な出発物質またはプロセス条件を使用しないでα−Ａ
ｌ＿２Ｏ＿３が高い密度及び高い硬さで生成されること
を含有して成る、理論密度の９５〜１００％のそして高
い研磨力の物質としてのα−Ａｌ＿２Ｏ＿３の製造方法
。４）請求項３に述べられた前駆体物質の使用も含めて、
請求項３記載の方法によって作られ、そして理論密度の
９５％以上及びサブミクロンの微結晶サイズによってさ
らに特徴づけられる、研磨アルミナ物質。