Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА α--ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ПОРОШОК α-- ОКСИДА АЛЮМИНИЯ - Патент РФ 2136596
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА α--ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ПОРОШОК α-- ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА α--ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ПОРОШОК α-- ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА α--ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ПОРОШОК α-- ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение предназначено для получения порошка α-оксида алюминия. Порошок α-оксида алюминия получают путем прокаливания по крайней мере одного исходного материала, выбранного из модифицикаций оксида алюминия, исключая α-оксид алюминия, и соединений алюминия. Прокаливание проводят в галогенсодержащей атмосфере, которая включает газообразный галогенид водорода, газообразный галоген или смесь газообразного галогена и пара и включает по крайней мере 0,1 об.% одного галогенсодержащего газа, выбранного из группы, включающей газообразный галогенид водорода и газообразный галоген, и из прокаленного материала удаляют галоген. Порошок α-оксида алюминия содержит частицы, которые имеют гексагональную плотноупакованную решетку, формы многогранника с по крайней мере 8 гранями, соотношением Д/Н от 0,5 до 3,0, где Д является максимальным размером частиц в направлении, параллельном плоскости гексагональной решетки, и Н является размером частицы в направления, перпендикулярном к плоскости гексагональной решетки, соотношением Д9010 10 или менее, где Д10 и Д90 являются размером частицы при 10 и 90% накоплении соответственно от наименьшего размера частицы, и содержание галогена составляет 40 частей на миллион или менее. Порошок α-оксида алюминия имеет чистоту по крайней мере 99,9 %. Изобретение позволяет получить продукт высокого качества. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2136596
Класс(ы) патента: C01F7/44
Номер заявки: 94042255/25
Дата подачи заявки: 24.11.1994
Дата публикации: 10.09.1999
Заявитель(и): Сумитомо Кемикал Компани, Лимитед (JP)
Автор(ы): Масахиде Мохри (JP); Норио Мацуда (JP); Синитиро Танака (JP); Есио Утида (JP); Есинари Савабе (JP); Хисаси Ватанабе (JP); Хироси Огава (JP)
Патентообладатель(и): Сумитомо Кемикал Компани, Лимитед (JP)
Описание изобретения: Настоящее изобретение касается метода получения порошка α-оксида алюминия. В частности, настоящее изобретение касается метода получения порошка α-оксида алюминия, обладающего регулируемым размером и формой частиц, распределением по размеру частиц и низким содержанием галогена, и α-оксида алюминия, полученного таким метолом.
Порошок α-оксида алюминия широко известен в качестве исходного материала для получения абразивных и металлокерамических материалов и других подобных, известны различные методы его получения. Но такие обычные методы имеют следующие недостатки.
Например, метод, описанный в заявке патента Японии N 131517/1991 (метод в расплаве), дает только частицы порошка α-оксида алюминия, которые имеют гексагональную плотноупакованную решетку и форму частиц гексагональной пластины с соотношением Д/Н 5 - 40, где Д - представляет собой максимальный размер частиц в направлении, параллельном плоскости гексагональной решетки, Н - представляет размер частицы в направлении, перпендикулярном плоскости гексагональной решетки, и кроме того, этот метод имеет проблему: форма полученных частиц не однородна.
Порошок α-оксида алюминия, полученный методом, описанным в патенте Великобритании N 990801 и немецком патенте N 1767511, имеет неоднородную форму частиц и широкое распределение по размеру частиц. Порошок α-оксида алюминия, полученный по методу, описанному в японском патенте N 8929/1968, содержит меньше примесей, но имеет широкое распределение по размерам.
Метод, описанный в японском патенте N 22886/1982, делает возможным контролирование размера частиц порошка α-оксида алюминия с помощью добавления корунда в качестве затравки. Однако, этот метод получения является не эффективным в промышленных условиях, так как требует высокого давления и длительного времени.
Методом, описанным в заявке японского патента N 97528/1984, можно получить порошок α-оксида алюминия, обладающий средним размером частиц от 1 до 10 мкм и формой с соотношением Д/Н приблизительно 1, но порошок α-оксида алюминия содержит остатки бора и фтора, которые используются в качестве минерализатора при получении, и включает множество агломератов, которые образуются на стадии прокаливания.
Как описано выше, известные методы имеют недостатки, полученный порошок α-оксида алюминия имеет недостаточные упаковочные свойства и не может быть однородно упакован, так как затруднено контролирование размера частиц полученного порошка α-оксида алюминия, форма частиц неоднородна, порошок α-оксида алюминия включает множество агломерированных частиц, которые - поликристалличные, или порошок α-оксида алюминия имеет широкое распределение по размеру частиц.
Целью настоящего изобретения является получение порошка α-оксида алюминия, не имеющего недостатков обычного метода получения, и метод для получения такого порошка α-оксида алюминия.
В результате широких исследований найдено, что при прокаливании модификаций оксида алюминия или соединений алюминия в атмосфере, содержащей по крайней мере 0.1% объемн. галогена, размер и форма частиц полученного порошка α-оксида алюминия хорошо контролируются, и получают порошок α-оксида алюминия, обладающий распределением частиц по размерам, и что последующее дегалогенирование дает порошок α-оксида алюминия, обладающий хорошими свойствами и низким содержанием галогена.
Полученный порошок α-оксида алюминия преимущественно используется в качестве сырья для металлокерамических материалов высокой чистоты и абразивных материалов, сырья для пористых материалов, таких как керамические фильтры, сырья для монокристаллов и т.д., так как он имеет высокие свойства упаковки, может быть однородно упакован и имеет низкое содержание галогена.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает метод получения порошка α-оксида алюминия, включающий стадию прокаливания по крайней мере одного исходного материала, выбранного из модификаций оксида алюминия и соединений алюминия, в галогенсодержащей атмосфере, которая включает газообразный галогенид водорода, газообразный галоген или смесь газообразного галогена и пара, и содержит по крайней мере 0,1% объемн. по крайней мере одного галогенсодержащего газа, выбранного из группы, включающей газообразный галогенид водорода и газообразный галоген и стадию удаления галогена из прокаленного материала.
Кроме того, настоящее изобретение дает порошок α-оксида алюминия, включающий частицы, которые имеют гексагональную плотноупакованную решетку, имеющую форму многогранника с по крайней мере 8 гранями, соотношение Д/Н от 0,5 до 3.0, где Д представляет собой максимальный размер частиц в направлении, параллельном плоскости гексагональной решетки и Н - размер частиц в направлении, перпендикулярном плоскости гексагональной решетки, соотношение Д9010 10 или менее, где Д10 и Д90 являются размерами частиц при 10% и 90% аккумулировании, соответственно от наименьшего размера частиц, и содержание галогена 40 ч. на млн. или менее.
Фиг. 1 представляет фотографию, сделанную на электронном микроскопе (X 900), порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 1.
Фиг. 2 показывает распределение по размеру частиц порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 1.
Фиг. 3 представляет фотографию порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 16, сделанную на электронном микроскопе (X 4900).
Фиг. 4 показывает распределение по размеру частиц порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 16.
Фиг. 5 показывает особенности кристаллов отдельных кристаллических частиц γ-оксида алюминия.
Настоящее изобретение будет объяснено подробно.
Для метода получения настоящего изобретения в качестве исходного материала используют модификации оксида алюминия, соединения алюминия или их смесь. Если необходимо, в исходные материалы могут включать затравку, агент, регулирующий форму, или их смесь.
Модификации оксида алюминия, используемые здесь, означают любой оксид алюминия, имеющий полиморфную структуру, выраженную Al2O3, исключая δ -оксид алюминия. Конкретными примерами модификаций оксида алюминия являются Θ -оксид алюминия, α - оксид алюминия, α - оксид алюминия и т.д.
Примеры соединений алюминия, используемых в качестве исходного материала, включают гидроксид алюминия, сульфат алюминия, квасцы, такие как алюмокалиевый сульфат, алюмоаммониевый сульфат, алюмоаммониевый карбонат, исходные для модификаций оксида алюминия, такие как алюмогель, который получают из алюминия с помощью подводного метода загрузки, и т.д.
Методы, получения модификаций оксида алюминия или соединений алюминия не ограничиваются. Они могут быть получены любыми обычными методами, такими как термообработка гидроксида алюминия, разложение сульфата алюминия, разложение квасцов, газофазное разложение хлористого алюминия, разложение алюмоаммониевого карбоната, метод Байера, гидролиз алюминийорганических соединений, метод, использующий в качестве сырья протравленные остатки жидкости при получении конденсаторов и подобные.
С помощью метода настоящего изобретения возможно получение из гидроксида алюминия или модификаций оксида алюминия требуемого порошка α-оксида алюминия, обладающего размером частиц 10 мкм или более крупных, чем получаемые экономическим промышленным методом, таким как метод Байера.
В настоящем изобретении размер частиц может контролироваться добавлением затравочных кристаллов.
Если затравочные кристаллы не добавляются, то получают порошок α-оксида алюминия с размером частиц 0.1-30 мкм. В таком случае, размер частиц до некоторой степени может контролироваться выбором исходного материала. Например, при использовании в качестве исходного материала гидроксида алюминия, полученного гидролизом алюминийорганического соединения, получают порошок α-оксида алюминия с размером частиц приблизительно 18 мкм. Если в качестве исходного материала применяют модификации оксида алюминия, полученные прокаливанием вышеуказанного гидроксида алюминия, получают порошок α-оксида алюминия с размером частиц приблизительно 10 мкм. Кроме того, размер частиц порошка α-оксида алюминия может изменяться с помощью выбора условий гидролиза, температуры прокаливания, атмосферы прокаливания и других подобных. Например, если в качестве исходного материала используют модификации оксида алюминия, которые получают при прокаливании при высоких температурах, получают порошок α-оксида алюминия, имеющий маленький размер частиц.
Если добавляют затравочные кристаллы, то получают порошок α-оксида алюминия с размером частиц от 0.1 до 10 мкм. В этом случае размер частиц контролируется изменением количества затравочных кристаллов. При увеличении количества затравочных кристаллов размер частиц уменьшается. Добавляемое количество затравочных кристаллов обычно составляет от 10-3 до 50 частей весовых, предпочтительно от 10-3 до 30 частей весовых, более предпочтительно от 10-3 до 10 частей весовых на 100 частей весовых количества исходного материала, которое превращается до оксида алюминия. Количество оксида алюминия, используемое здесь, означает чистое количество оксида алюминия после вычитания веса абсорбированной воды или кристаллизационной воды, которая может содержаться в исходном материале модификаций оксида алюминия или гидроксида алюминия.
Затравочный кристалл означает кристалл, который действует в качестве места для роста кристалла порошка α-оксида алюминия. Может быть использован любой затравочный кристалл, поскольку вокруг него может расти порошок α-оксида алюминия. Конкретными примерами затравочных кристаллов являются соединения, такие как оксиды, нитриды, оксинитриды, карбиды, нитрилы, галогениды и бориды алюминия, титана, ванадия, хрома, железа, никеля и т.д. Среди них наиболее предпочтительны оксиды и нитриды. Особенно предпочтительно использование оксидов.
Эти соединения металлов могут использоваться по отдельности или как смеси двух или более из них.
При добавлении затравочных кристаллов могут использоваться различные методы, такие как перемешивание, перемешивание шаровой мельницей, ультразвуковое диспергирование и другие подобные. Вместо добавления затравочных кристаллов могут быть использованы для контролирования размера частиц порошка α-оксида алюминия шлифованные частицы из материала мешалки. Например, если в шаровой мешалке используются мелющие шары из оксида алюминия, шлифованные частицы оксида алюминия смешиваются как затравочные кристаллы в исходном материале для контролирования размера порошка α-оксида алюминия.
Для регулирования формы частиц порошка α-оксида алюминия предпочтительно добавлять к исходному материалу, а именно модификациям оксида алюминия, соединениям алюминия или смесям их, регулирующий форму агент.
Функциями регулирующего форму агента является регулирование в продолжении роста кристаллов α-оксида алюминия соотношения Д/Н и особенностей кристалла. Может использоваться любой материал, обладающий такими функциями.
Примерами регулирующего форму агента являются отдельные металлы, такие как магний, кальций, стронций, иттрий, цирконий, ниобий, ванадий, молибден, медь, цинк, бор, кремний, лантан, церий, неодим и др., соединения этих металлов, такие как оксиды, нитриды, оксинитриды, карбиды, нитрилы, галогениды, бориды и т.д. Наиболее предпочтительные среди них оксиды.
Отдельные металлы и соединения металлов могут использоваться по отдельности или как смесь двух или более из них.
Ванадий также действует в качестве затравочного кристалла. Количество регулирующего форму агента обычно составляет от 10-3 - 50 частей весовых, предпочтительно от 10-3 до 30 частей весовых, более предпочтительно от 10-3 до 10 частей весовых на 100 частей весовых от количества исходного материала, которое восстанавливается до оксида алюминия.
В качестве регулирующего форму агентов, которые уменьшают соотношение Д/Н, используют магний, кальций, кремний, медь, молибден, ниобий, цинк, цирконий, ванадий или стронций.
В качестве регулирующих форму агентов, которые уменьшают соотношение Д/Н, используют лантан, церий или неодим.
Если контролируют форму кристалла, то в качестве регулирующего форму агента для образования n грани используют лантан, церий, неодим или цирконий. Для синтеза частиц α-оксида алюминия, обладающих с и r гранями используют кальций. Для исчезновения грани а используют цирконий. Для образования гексагонального цилиндра, обладающего а и с гранями, используют бор.
Для добавления регулирующего форму агента могут использоваться различные методы, такие как шаровая мельница, ультразвуковое диспергирование и другие. Альтернативно, шлифованные частицы из смешивающего аппарата, такие как среда перемешивания, могут использоваться в качестве регулирующего форму агентов.
Для регулирования размера и формы частиц порошка α-оксида алюминия затравочные кристаллы и регулирующие форму агенты добавляются при одной и той же температуре. Тем самым может быть получен порошок α-оксида алюминия, имеющий основной размер частиц и форму частиц, пригодных для предполагаемого использования.
Если затравочный кристалл и регулирующий форму агент прибавляют при одинаковой температуре, то общее количество их обычно составляет от 10-3 до 50 частей весовых, предпочтительно от 10-3 до 30 частей весовых, более предпочтительно от 10-3 до 10 частей весовых на 100 частей весовых исходного материала, из которого получают оксид алюминия.
Прокаливание сырья выполняется в атмосфере, содержащей газообразный галогенид водорода и газообразный галоген и смесь газообразного галогена и пара.
Если на стадии прокаливания используется газообразный галогенид водорода, его концентрация составляет по крайней мере 0.1% объемных, предпочтительно по крайней мере 0.5% объемных, более предпочтительно по крайней мере 1% объемных от целого объема атмосферы газа. Для разбавления галогенида водорода могут использоваться азот, водород, инертный газ, такой как аргон, или воздух.
Давление атмосферы газа, содержащего галогенид водорода, обычно является атмосферным давлением, в то время как оно может быть свободно выбрано в ряду, используемом в промышленности. Прокаливанием исходного материала в такой атмосфере получают требуемый порошок α-оксида алюминия при относительно низкой температуре.
Температура прокаливания обычно составляет от 500 до 1400oC, предпочтительно от 600 до 1300oC, более предпочтительно от 800 до 1200oC.
Если используется газообразный галоген на стадии прокаливания, то его концентрация составляет, по крайней мере, 0,1% объемных, предпочтительно, по крайней мере, 0,5% объемных, более предпочтительно, по крайней мере, 1% объемных от всего объема атмосферы газа. Для разбавления газообразного галогена могут использоваться азот, водород, инертный газ такой, как аргон, или воздух.
Давление атмосферы газа, содержащей газообразный галоген, обычно составляет атмосферное давление, в то время как оно может быть выбрано свободно из ряда значений, используемых в промышленности. С помощью прокаливания исходного материала в такой атмосфере газа получают требуемый порошок α-оксида алюминия при относительно низких температурах. Температура прокаливания обычно от 950 до 1500oC, предпочтительнее от 1050 до 1400oC, а наиболее предпочтительнее от 1100 до 1300oC.
Если используется смесь газа галогена и пара на стадии прокаливания, то газообразный галоген используется в концентрации по крайней мере, 0,1% объемных, предпочтительно 0,5% объемных, более предпочтительно по крайней мере 1% объемных, пар используется в концентрации по крайней мере 0,01% объемных, предпочтительно, по крайней мере, 0,1% объемных, более предпочтительно, по крайней мере, 0,5% объемных от всего объема атмосферы газа. Для разбавления газообразного галогена могут использоваться азот, водород, инертный газ, такой как аргон, или воздух. Пар подают в печь прокаливания с газом азотом, его процент в объеме контролируется изменением давления насыщенного пара воды в зависимости от температуры.
Давление атмосферы газа, содержащей смесь газообразного галогена и пара, обычно составляет атмосферное давление, в то время как оно может быть выбрано из любых возможных используемых в промышленности значений. С помощью прокаливания исходного материала в такой атмосфере газа получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Температура прокаливания обычно составляет от 500 до 1400oC, предпочтительно от 600 до 1300oC, более предпочтительно от 800 до 1200oC.
Если исходный материал прокаливают в вышеприведенной атмосфере газа при соответствующей температуре прокаливания, то получают промышленно благоприятную скорость получения порошка α-оксида алюминия, частицы которого едва агломерируют и имеют распределение частиц по размеру.
Прокаливание проводится до тех пор, пока модификации оксида алюминия или соединения алюминия растут до кристаллов α-оксида алюминия. Время прокаливания составляет предпочтительно по крайней мере одну минуту, более предпочтительно по крайней мере 10 минут.
Согласно методу настоящего изобретения порошок α -оксид алюминия получают за сравнительно более короткое время в сравнении с обычными методами.
Источник атмосферы газа и способ подачи газа не является определяющим, поскольку газ может подаваться к реакционной системе, в которой присутствует исходный материал, такой как модификации оксида алюминия. Например, в качестве источника газообразного галогенида водорода или газообразного галогена используют в основном газ в баллонах, в то время как возможно использование галогенсодержащих соединений в твердом или жидком состоянии, которые испаряются или сублимируются и загружаются так, что достигается требуемый состав атмосферы.
В качестве твердого или жидкого источника газообразного галогенида водорода приводят пример раствора галогенида водорода, такого как фтористоводородная кислота, хлористоводородная кислота и иодистоводородная кислота; галогенсодержащих соединений, таких как галогенид аммония (например, фторид аммоний, хорид аммония, бромид аммония и иодид аммония); галогенсодержащих полимеров; и т.д. Среди них предпочтителен хлорид аммония. Например, так как хлорид аммония сублимируется при приблизительно 400oC, он смешивается с исходным материалом или подается в печь вместе с исходным материалом и сублимируется до образования атмосферы, содержащей хлористоводородный газ. Если прокаливание выполняется периодическим способом при использовании хлорида аммония, то аммоний хлорид полностью разлагается при температуре прокаливания настоящего изобретения с образованием атмосферы, содержащей 33% объемных газа хлористого водорода, 17% объемных газа азота и 50% объемных газа водорода в соответствии с молярными соотношениями. Затем концентрация хлористого водорода может регулироваться с помощью выбора количества загружаемого хлорида аммония и объемом печи.
В качестве твердого или жидкого источника газообразного галогена приводят пример твердого K2N2F6KF, твердого иода, жидкого брома, жидкой бромистоводородной кислоты, галогенсодержащих полимеров и т.д. Они могут использоваться аналогично хлориду аммония.
Когда концентрация галогенида водорода является более высокой, может получаться порошок α/ -оксида алюминия высокой чистоты при более низкой температуре прокаливания за более короткое время прокаливания.
Газ может подаваться периодическим или непрерывным способом.
Тип аппаратуры для прокаливания не ограничивается и может быть использовано любое обычное оборудование. Печь предпочтительно делают из материала, который не корродирует под действием газообразного галогенида водорода или газообразного галогена, печь включает устройство для регулирования атмосферы.
Так как используют кислотный газ, такой как галогенид водорода или газообразный галоген, печь является предпочтительно герметичной. При промышленном получении может использоваться туннельная печь, печь барабанного типа или толкательная печь.
Оборудование, используемое в методе настоящего изобретения, такое как тигли или лодочка, делают предпочтительно из глинозема, кварца, кислотоустойчивого кирпича, платины, карбида кремния, алюмосиликата или графита, так как реакция протекает в кислой атмосфере.
Для эффективного выполнения прокаливания исходного материала в промышленных условиях твердый или жидкий источник газообразного галогенида водорода и/или газообразного галогена загружают непосредственно в печь и исходных материал непрерывно прокаливают в атмосфере, содержащей газообразный галогенид водорода и/или газообразный галоген.
В этом случае модификации оксида алюминия и/или соединение алюминия прокаливают с помощью загрузки непосредственно в печь твердого или жидкого источника, газообразного галогенида водорода, твердого или жидкого источника газообразного галогена или их смеси с тем, чтобы образовалась атмосфера, содержащая по крайней мере 1% объемных, предпочтительно по крайней мере 5% объемных, более предпочтительно по крайней мере 10% объемных газообразного галогенида водорода, газообразного галогена или их смеси.
Источник газообразного галогена и пар могут подаваться одновременно.
Концентрация галогенида водорода или газообразного галогена в атмосфере печи прокаливания, в которой прокаливают исходный материал, сохраняется в приведенных выше специфических значениях. Поэтому источник газообразного галогенида водорода или источник газообразного галогена загружают в количестве, необходимом для сохранения такой концентрации. При загрузке источника газообразного галогенида водорода или источника газообразного галогена избыточное количество не является недостатком, и поэтому нет необходимости удалять из печи неиспользований источник газа.
В предпочтительном воплощении твердый или жидкий источник газообразного галогенида водорода или источник газообразного галогена загружается непосредственно в печь прокаливания. Источник газа может загружаться отдельно или в смеси с исходным материалом для оксида алюминия. Например, когда используют непрерывно работающую печь, в которую исходный материал загружают с интервалами, такую как туннельную печь толкательного типа, источник газа загружают в сосуд, в который загружают исходный материал для оксида алюминия и затем помещают в печь. В этом случае оборудование, подающее газ, которое необходимо при использовании газовых баллонов, может не учитываться.
Для сохранения необходимой концентрации газообразного галогенида водорода и/или газообразного галогена при более высоких температурах гомогенно нагревающейся зоны печи газообразный галогенид водорода и/или газообразный галоген, которые производятся при разложении источников газа, подаются предпочтительно параллельно направлению подачи модификаций оксида алюминия и/или соединения алюминия.
Для подачи газообразного галогенида водорода и/или газообразного галогена параллельно направлению подачи исходного материала, газ подают из входа исходного материала по направлению к гомогенно нагревающейся до высоких температур зоне с помощью перекачки газа с азотом или газ заканчивают из выхода порошка α-оксида алюминия вентилятором. Тем самым, концентрация галогенида водорода и газообразного галогена в атмосфере печи может быть легко сохранена на конкретном значении в зоне, где прокаливают исходный материал.
Здесь, гомогенно нагревающаяся до высоких температур зона означает зону, в которой модификации оксида алюминия и/или соединение алюминия реагируют с газообразным галогенидом водорода и/или газообразным галогеном и прокаливаются. В печи температура в этой зоне должна поддерживаться при высоких значениях, наиболее пригодных для реакции.
Температура прокаливания обычно составляет от 600oC до 1400oC, предпочтительно от 700 до 1300oC, более предпочтительно от 800 до 1200oC. При прокаливании исходного материала при этом ряде температур могут получать порошок α-оксида алюминия, обладающий распределением частиц по размерам как раз после прокаливания при промышленно благоприятных скоростях получения.
Время прокаливания аналогично указанному выше.
Хотя используются печи прокаливания непрерывного действия, в которых исходный материал непрерывно загружают и продукт непрерывно выгружают, такие как туннельная печь или печь барабанного типа, предпочтительно используют обжигательную электропечь или туннельную печь типа с нагреванием непрямым газом.
В настоящем изобретении, так как исходный материал прокаливают в атмосфере, содержащей газообразный галогенид водорода, газообразный галоген или смесь газообразного галогена и пара, галоген, остающийся в прокаленном продукте, удаляют из продукта.
Например, поскольку тонкий порошок α-оксида алюминия с размером частиц 1 мкм или менее имеет большую площадь поверхности, основная масса порошка может содержать 200 ч. на млн. или более галогена сразу после прокаливания. Даже порошок α-оксида алюминия с размером частиц несколько мкм и относительно большой площадью поверхности может содержать несколько десятков ч на млн. галогена.
Если используют порошок α-оксида алюминия, содержащий несколько сотен ч. на млн. или более галогена, например, в качестве сырья для изоляционного материала, то коррозионный газообразный галоген просачивается из запечатанного 1C и разрушает алюминиевую проводку. Поэтому из порошка α-оксида алюминия, используемого для применения в областях, в которых ион галогена будет иметь вредное действие, таких как сырье для высокочистых металлокерамических и абразивных материалов, керамических фильтров, герметизирующих материалов, монокристаллов, галоген должен удаляться.
Для удаления галогена могут использоваться следующие методы.
а) Порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают в атмосфере воздуха или азота, которая дополнительно может содержать по крайней мере 0.1% объемных, предпочтительно по крайней мере 1% объемных, более предпочтительно по крайней мере 10% весовых по крайней мере одного газа, выбранного из группы, включающей пар, кислород, водород, двуокись углерода, спирт и аммоний, при температуре от 550oC до 1400oC, предпочтительно от 600oC до 1200oC, более предпочтительно от 800oC до 1200oC в течение по крайней мере 1 минуты, предпочтительно по крайней мере 10 минут, более предпочтительно по крайней мере 1 часа. Например, если остаточная концентрация галогена сокращается до 10 ч на млн. или менее для некоторых областей применения, то порошок α-оксида алюминия предпочтительно нагревают в атмосфере, содержащей по крайней мере 1% весовой приведенного выше дополнительного газа при температуре по крайней мере 800oC в течение по крайней мере 30 минут.
в) Порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают в атмосфере инертного газа при температуре от 600oC до 1400oC, предпочтительно от 900oC до 1200oC в течение по крайней мере 1 минуты, предпочтительно по крайней мере 30 минут, более предпочтительно по крайней мере 1 часа.
e) Порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают в вакууме при давлении 1 тор (133,3 Па) или менее, предпочтительно 0.1 тор (13, 33 Па) или менее при температуре от 400oC до 1400oC, предпочтительно от 700oC до 1200oC в течение по крайней мере 1 минуты, предпочтительно по крайней мере 10 минут, более предпочтительно по крайней мере 1 часа.
d), e) и f) α -окись алюминия, содержащая галоген, (d) промывается водой, щелочным раствором (pH 9 - 13) или спиртом, затем сушится при температуре от 70oC до 300oC, (e) нагревается в воде, щелочном растворе (pH 9 - 13) или спирте до кипения жидкости и сушится при температуре 70oC до 300oC, или (f) обрабатывается в автоклаве водой, щелочным раствором (pH 9-13) или спиртом при температуре от 70oC до 200oC и сушится при температуре от 70oC до 300oC.
Тип щелочного раствора не ограничивается. Например, используется водный аммиак или водный раствор гидроксида натрия с регулированием pH в вышеуказанных пределах.
Тип спирта не ограничивается. Например, предпочтительно используют метанол или этанол.
В случае обработки в автоклаве, когда обработку проводят при давлении насыщенных паров растворителя, галоген может удаляться эффективно. Для сокращения времени обработки используют предпочтительно автоклав, оснащенный механизмом поддерживания давления.
Поскольку количества удаляемого галогена очень маленькие, могут использоваться коммерчески имеющиеся печи прокаливания или автоклавы.
Если порошок α-оксида алюминия очень тонкий, то поскольку часть частиц слегка агломерируется, предпочтительно слегка измельчать порошок.
Порошок α-оксида алюминия может легко размалываться до или после удаления галогена. В промышленном масштабе процесс может проектироваться с удобным порядком стадий.
Метод измельчения не ограничивается. Например, может использоваться струйная мельница, вибромельница, шаровая мельница и другие подобные. Среди них предпочтительна струйная мельница.
Агломерация порошка α-оксида алюминия, полученного методом настоящего изобретения - слабая и частицы могут быть рассеяны измельчением при небольшой энергии. Например, при использовании струйной мельницы агломерированный порошок настоящего изобретения может быть измельчен при очень низком давлении подаваемого воздуха, например, 1 - 6 кг/см2, при котором порошок α-оксида алюминия, полученный обычным методом, не может быть удовлетворительно измельчен.
Поскольку порошок α-оксида алюминия, полученный методом настоящего изобретения, имеет регулированный размер частиц, однородную форму частиц и распределение частиц по размеру, он имеет превосходные высокие упаковочные свойства и гомогенные упаковки. Кроме того, он отличается низким содержанием галогена. Кроме того, частицы α-оксида алюминия настоящего изобретения имеют превосходную однородность внутренней части частиц, в особенности, когда они получены в отсутствии затравочного кристалла.
Частица α-оксида алюминия имеет гексагональную плотноупакованную решетку, имеющую форму многогранника с по крайней мере 8 гранями, соотношением Д/Н от 0.5 до 3.0, где Д является максимальным размером частицы в направлении, параллельном плоскости гексагональной решетки и Н является размером частицы в направлении, перпендикулярном плоскости гексагональной решетки, Д9010 соотношение 10 или менее, где Д10 и Д90 являются размерами частиц при 10% и 90% накоплений от наименьшего размера частиц, и содержание галогена 40 ч. на млн. и менее. Порошок α-оксида алюминия имеет средний размер частиц от 0.1 до 30 мкм.
Так как порошок α-оксида алюминия, полученный методом настоящего изобретения имеет высокие упаковочные свойства, он однородно пакуется и имеет низкое содержание галогена, он хорошо используется как сырье для монокристалла, сырье для высокочистометаллокерамического и абразивного материала, сырье для пористого материала, такого как керамические фильтры, сырье для изоляционного материала и т.д.
Соотношение Д9010 составляет обычно 10 или менее, предпочтительно 7 или менее. Если это соотношение 7 или менее, то порошок α-оксида алюминия имеет лучшие упаковочные свойства и предпочтительно используется в качестве сырья для монокристалла или изоляционного материала, который требует особенно высокие упаковочные свойства.
Содержание галогена обычно составляет 40 ч на млн. или менее, предпочтительно 20 ч на млн. или менее, более предпочтительно 10 ч на млн. или менее. Для использования в качестве сырья для монокристалла или высокочистого металлокерамического материала, содержание галогена составляет предпочтительно 20 ч. на млн. или менее. Для использования в качестве сырья для изоляционного материала, для которого требуется избегать проблемы коррозии, содержание галогена составляет предпочтительно 10 ч. на млн. или менее.
В то время как чистота оксида алюминия зависит от исходного материала, согласно методу настоящего изобретения порошок α-оксида алюминия может быть получен с чистотой как или лучшей, чем уровень чистоты исходного материала.
Чистота оксида алюминия составляет предпочтительно по крайней мере 99.90%, более предпочтительно по крайней мере 99.95%.
Для использования в качестве сырья для монокристаллов чистота оксида алюминия составляет предпочтительно по крайней мере 99.90%. Для использования в качестве сырья для металлокерамического материала высокой чистоты оксида алюминия составляет предпочтительно по крайней мере 99.95%. При чистоте оксида алюминия 99.95% или выше отсутствует ненормальный рост частиц и получают металлокерамический материал, обладающий однородной микроструктурой и высокой прочностью. Затем такой порошок α-оксида алюминия может использоваться в качестве сырья монокристаллов, которые используются в областях, требующих особенно высокой чистоты, таких как лазерный материал.
В частности, с помощью метода настоящего изобретения, поскольку содержание примесей железа или кальция такое же или меньшее, чем в исходном материале, так, что любой ненормальный рост отсутствует, порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения предпочтительно используется в качестве сырья для металлокерамического материала высокой чистоты.
Порошок α-оксида алюминия может обрабатываться следующим методом и использоваться в вышеуказанных применениях.
Монокристалл может быть получен, например, методом Czochralski, которому процесс, включающий заполнение тигля исходным порошком α-оксида алюминия, нагревание до температуры плавления для расплавления порошка и охлаждение, повторяют несколько раз до заполнения расплавом тигля и извлекают оксид алюминия. Этот метод требует снижения количества нагревания и стадии расплава с точки зрения стоимости и загрязнения примесями. С этой целью предпочтительно увеличить объемную плотность исходного порошка α-оксида алюминия. Порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения предпочтительно используется в качестве исходного материала для монокристалла, поскольку он имеет регулируемый размер частиц, однородную форму частиц и
распределение частиц по размерам, и поэтому он имеет более высокую объемную плотность, чем обычный порошок α-оксида алюминия.
Для получения металлокерамического материала и пористого материала, такого как керамические фильтры, порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения формуют с помощью прессования, отливки, литьевого прессования, экструзии и т.д., прокаливают и обрабатывают.
В случае металлокерамических тел высокой чистоты, когда порошок, пакующийся в сырое тело, неоднороден, тело на стадии прокаливания усыхает неровно так, что ухудшается пространственная точность. Если распределение частиц по размеру - широкое, включаются агломерированные частицы или содержатся примеси, то прочность или износостойкость тела уменьшаются. Поэтому для получения металлокерамических тел высокого качества предпочтительно использование порошка α-оксида алюминия настоящего изобретения, который содержит очень немного агломерированных частиц и может давать однородно упакованные сырые тела. Порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения используется предпочтительно для получения металлокерамических тел высокого качества, поскольку он имеет однородную форму частиц и распределение частиц по размерам и может быть однородно упакован.
Так как пористый материал такой как керамические фильтры, требуется для фильтрования различных веществ, обладающих различным размером частиц, и для получения высокой эффективности фильтрования, предпочтителен пористый материал, в котором может контролироваться размер пор, и который имеет распределение пор по размеру. Использование порошка α-оксида алюминия настоящего изобретения предпочтительно для получения пористого материала, такого как керамические фильтры, так как он имеет однородную форму частиц и распределение частиц по размерам и размер его частиц может регулироваться и может быть получен пористый материал, такой как керамические фильтры, с требуемым размером пор.
Порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения смешивают с эпоксисмолой и используют в качестве изоляционного материала, которым покрывают 1C или LS1 для улучшения механической прочности, теплостойкости, долговечности, удельной теплопроводности и других подобных качеств. Использование порошка α-оксида алюминия настоящего изобретения в качестве сырья для изоляционного материала предпочтительно, поскольку он имеет однородную форму частиц, распределение частиц по размерам, он однородно упакован и, кроме того, он содержит только небольшое количество галогена, который вызывает коррозию, и его качество высоко.
Порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения имеет высокое сопротивление раздавливанию и является также предпочтительным для использования в качестве абразивного материала.
Кроме того, поскольку порошок α-оксида алюминия настоящего изобретения имеет высокие упаковочные свойства, однородно пакуется и содержит небольшое количество галогена, он может использоваться в качестве сырья для монокристаллов, таких как YAG (иттрий-алюминий гранат), сапфир или рубин, сырья для металлокерамических тел высокого качества, абразивных материалов, сырья для керамических фильтров или сырья для изоляционных материалов.
Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые во всяком случае не ограничивают область настоящего изобретения.
В примерах проводятся следующие измерения:
1. Измерение численного среднего размера частиц и распределения по размеру частиц (Д9010) порошка α-оксида алюминия.
1) Численный средний размер частиц получают с помощью отбора 80 - 100 частиц на фотографии α-оксида алюминия, сделанной на сканирующем электронном микроскопе Т - 300 от Nippon Electron Co., Ltd. И анализа изображения по подсчету средней величины эквивалентных диаметров окружности частиц и распределения. Эквивалентным радиусом окружности является диаметр окружности, имеющей ту же площадь, что и частица на фотографии.
2) Соотношение Д9010 измеряют с помощью измерителя (выпускаемого Malrern Instrument, Inc), который измеряет по принципу метода рассеивания лазерного луча. Д10 и Д90 являются размерами частиц при 10% и 90% накопления, соответственно от наименьшего размера частиц в накопленном распределении частиц по размеру.
2. Измерение формы частиц порошка α-оксида алюминия
Здесь форма частиц выражается соотношением Д/Н, где Д является максимальным размером частиц α-оксида алюминия, имеющей гексагональную плотноупакованную решетку в направлении, параллельном гексагональной плотности решетки и Н является размером частиц в направлении, перпендикулярном к гексагональной плоскости решетки.
Соотношение Д/Н получают выбором 5 - 10 частиц на фотографии порошка α-оксида алюминия, сделанной на сканирующем электронном микроскопе Т-300, измерением Д и Н, подсчетом Д/Н соотношения каждой частицы и усреднением Д/Н соотношения для 5-10 частиц.
3. Изменение концентрации остатков галогена
Количество остаточного галогена 10 ч. на млн. или более измеряют рентгеноструктурным флуоресцентным анализом. Порошок α-оксида алюминия загружают в контейнер диаметром 40 мм и облучают рентгеновскими лучами.
Количество остаточного галогена менее 10 ч. на млн. измеряют масс-спектрометром с ионизацией вещества в искровом разряде, так, что порошок α-оксида алюминия наносят на 1n проволоку и анализируют.
4. Количество граней кристалла и формы кристалла
(1) Количество граней кристалла
Делают фотографию порошка α-оксида алюминия на сканирующем электронном микроскопе Т-300 и изображение анализируют.
(2) Оценка формы кристалла
Для оценки формы кристалла порошка α-оксида алюминия настоящего изобретения наблюдают форму (габитус) кристалла. Формы кристаллов A - 1 частиц α-оксида алюминия, полученные в настоящем изобретении показаны на фиг. 5. Кристалл α-оксида алюминия имеет гексагональную систему и форма его кристалла означает форму кристалла, характеризующуюся проявлением граней кристаллов, включающих грань a {1120}, грань c {0001}, грань n {2243} и грань r{ 1012}.
5. Измерение чистоты оксида алюминия
Количества примесных ионов измеряется эмиссионным спектрохимическим анализом превращенных в количества их окислов.
Содержание галогена измеряется как показано выше.
Чистота оксида алюминия рассчитывается с помощью вычитания общего процента (% весовых) примесей от 100%.
6. Сопротивление раздавливанию частиц
Сопротивление раздавливанию частиц порошка измеряют ультрамаленьким прибором измерения твердости (выпускаемым Shimadzu Corporation).
В примерах используются следующие материалы:
1. Модификация оксида алюминия
Модификацию оксида алюминия получают гидролизом изопропоксиалюминия с образованием гидроксида алюминия и спекшегося гидроксида алюминия (AKP-G15 (торговая марка) Sumitomo Chemical Co. , Ltd. , вторичный размер частиц приблизительно 4 мкм).
2. Гидроксид алюминия
Порошок гидроксида алюминия получают гидролизом изопропоксиалюминия и он имеет вторичный размер частиц приблизительно 8 мкм.
3. Газообразный галогенид водорода и газообразный галоген.
В качестве газообразного галогенида водорода используют газообразный хлористый водород. В качестве газообразного хлористого водорода используют хлористый водород из баллона (чистота: 99.9%), выпускаемый Tsurumi Soda Co., Ltd. В качестве газообразного хлора используют газообразный хлор из баллона (чистота: 99.4%), выпускаемый Fujimoto Industries Co., Ltd.
Пример 1
Порошок модификаций алюминия (AKP-G15) (200 г) загружают в графитовую лодочку и прокаливают в цилиндрической печи, имеющей кварцевый муфель. Температура повышается при скорости нагревания 500oC/час при прокачивании азота. Когда температура достигает 800oC, подают хлористый водород из баллона при использовании азота в качестве разбавляющего газа. Концентрация хлористого водорода в атмосфере печи контролируется регулированием скорости подачи азота и хлористого водорода с помощью расходомера. Общее количество потока газа регулируется до линейной скорости 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
После достижения 1100oC эта температура сохраняется в течение 30 минут, затем самопроизвольно охлаждается.
Полученный порошок α-оксида алюминия нагревают на воздухе при 600oC в течение 30 минут для удаления хлора для получения требуемого порошка α-оксида алюминия.
Условия получения примеров и примеров для сравнения показаны в таблице 1 и результаты измерений приведены в таблице 2 (см. в конце описания).
Фиг. 1 представляет фотографию порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 1, сделанную на электронном сканирующем микроскопе, и фиг. 2 показывает график распределения частиц по размерам для порошка α-оксида алюминия, полученного в примере.
Частицы имеют сопротивление раздавливанию частиц 580 кг/мм2.
Пример 2
Проводят тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что вместо исходного оксида алюминия используют гидроксид алюминия, который получают гидролизом алюминийорганического соединения, и получают порошок α-оксида алюминия. Результаты приведены в таблице 2.
Пример 3
Получают тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что вместо модификации оксида алюминия используются квасцы (выпускаемые WAKO JUNYAKU), и получают порошок α-оксида алюминия. Результаты показаны в таблице 2.
Пример 4
Получают тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что вместо модификации оксида алюминия используют сульфат алюминия (выпускаемый WAKO JUNYAKU Со. , Ltd.), и получают порошок α-оксида алюминия. Результаты приведены в таблице 2.
Пример 5
Модификация оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошок α-оксида алюминия (AKP-50 (торговое название), выпускаемый Sumitomo Chemical Co., Ltd.) (11.6 г), в качестве затравочного кристалла, смешивают и наполняют графитовую лодочку. Согласно этому, тем же способом, что в примере 1, получают α/ -оксид алюминия. Результаты приведены в таблице 2.
Пример 6
Порошок α-оксида алюминия, полученный в примере 5, размалывают на струйной мельнице (PJM-100SP, Nippon Pneumatic Industries Co., Ltd.) при давлении воздуха 6 кг/см2 и при скорости загрузки порошка 2.4 кг/час. Результаты приведены в таблице 2.
Содержание Fe и Ca составляет 7 и 4 ч. на млн., соответственно.
Пример 7
Модификация оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошок α-оксида алюминия (AKP-50) (11.6 г), в качестве затравочного кристалла, смешивают и наполняют графитовую лодочку. Затем, в условиях, приведенных в примере 1, смесь прокаливают 30 минут при 1100oC, самопроизвольно охлаждают и получают порошок α-оксида алюминия.
Полученный порошок α-оксида алюминия размалывают на струйной мельнице (PJM-100SP) при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости загрузки порошка 2.4 кг/час, нагревают 30 минут в воздухе для удаления хлора и получают требуемый порошок оксида алюминия. Результаты приведены в таблице 2.
Пример 8
Смесью порошка модификации оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошка α-оксида алюминия (AKP-50) (11.6 г), в качестве затравочного кристалла, наполняют графитовую лодочку и прокаливают в цилиндрической печи, имеющей кварцевый муфель. Температура повышается со скоростью нагревания 500oC/час с подачей азота. Когда температура достигает 400oC подают газ, хлористый водород, из баллона. Концентрация хлористого водорода в атмосфере печи контролируется регулированием скорости подачи хлористого водорода с помощью расходомера. Поток газа регулируется до линейной скорости 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
После достижения 600oC температуру поддерживают 90 минут, затем самопроизвольно охлаждают.
Полученный порошок α-оксида алюминия нагревают на воздухе в течение 30 минут при 600oC для удаления хлора, размалывают на струйной мельнице при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости расхода порошка 2.4 кг/час и получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 9
Смесью порошка модификаций оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошка α-оксида алюминия (AKP-50) (11.6 г), в качестве затравочного кристалла, наполняют графитовую лодочку, прокаливают в цилиндрической печи, имеющей кварцевый муфель. Температура повышается со скоростью нагревания 500oC/час подачей азота. Когда температура достигает 800oC, подают газ, хлор, из баллона. Концентрация хлора в атмосфере печи контролируется регулированием скорости подачи хлора с помощью расходомера. Поток газа регулируется линейной скоростью 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
При достижении 1200oC, эта температура сохраняется 30 минут, затем охлаждается самопроизвольно.
Для удаления хлора полученный порошок α-оксида алюминия нагревают на воздухе при 600oC в течение 30 минут, размалывают на струйной мельнице при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости подачи порошка 2.4 кг/час и получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 10
Смесь порошка модификации оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошок α-оксида алюминия (AKP-50) (11.6 г), в качестве затравочного кристалла, загружают в графитовую лодочку, прокаливают в цилиндрической печи, имеющей кварцевый муфель. Температура повышается со скоростью нагревания 500oC/час с подачей азота. Когда температура достигает 600oC, подают газ хлора из баллона при использовании азота в качестве газа-разбавителя. Концентрация хлора в атмосфере печи контролируется регулированием скорости подачи хлора и азота с помощью расходомера. Общее количество потока газа регулируется по линейной скорости 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
После достижения 800oC, температура сохраняется 90 минут и затем самопроизвольно охлаждается.
Полученный порошок α-оксида алюминия размалывается струйной мельницей при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости подачи порошка 2.4 кг/час, для удаления хлора нагревают на воздухе при 600oC в течение 30 минут и получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 11
Смесью порошка модификаций оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошок MgO (выпускаемый WAKO JUNYAKU Co., Ltd.) (6 г), в качестве регулирующего форму агента, наполняют графитовую лодочку и прокаливают в цилиндрической печи, имеющей кварцевый муфель. Температура достигается при скорости нагревания 500oC/час с подачей азота. Когда температура достигает 800oC подают газ, хлористый водород, из баллона при использовании азота в качестве газа-разбавителя. Концентрация хлористого водорода в атмосфере печи контролируется регулированием скорости подачи хлористого водорода и азота с помощью расходомера. Общий поток газа регулируется линейной скоростью 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
После достижения 1100oC, эта температура сохраняется 30 минут и затем происходит самопроизвольное охлаждение.
Полученный порошок α-оксида алюминия нагревается на воздухе 30 минут при 600oC для удаления остатков хлора и получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Результаты показаны в таблице 2.
Пример 12
Смесью порошка модификации оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) порошок α-оксида алюминия (AKP-50) (6 г), в качестве затравочного кристалла, и порошок MgO (выпускаемый WAKO JUNYAKU Co., Ltd.) (11.6 г) в качестве регулирующего форму агента наполняют графитовую лодочку и прокаливают в цилиндрической печи с кварцевым муфелем. Температура повышается со скоростью нагревания 500oC/час с потоком азота. Когда температура достигает 800oC, подают хлористый водород из баллона при использовании азота в качестве газа-разбавителя. Концентрация хлористого водорода в атмосфере печи контролируется регулированием скорости потока хлористого водорода и азота с помощью расходомера. Общий поток газа регулируется линейной скоростью 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
После достижения 1100oC, такая температура поддерживается 30 минут и затем происходит самопроизвольное охлаждение.
Полученный порошок α-оксида алюминия размалывается на струйной мельнице при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости подачи порошка 2.4 кг/час, для удаления хлора нагревают на воздухе 30 минут при 600oC и получают требуемый порошок α-оксида.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 13
Модификация оксида алюминия (AKP-G15) (200 г) и порошок α-оксида алюминия (AKP-50) (11.6 г), в качестве затравочного кристалла, смешивают и наполняют смесью графитовую лодочку. Затем, при условиях, описанных в примере 1, смесь прокаливают при 1100oC в течение 30 минут, затем происходит самопроизвольное охлаждение и получают порошок α-оксида алюминия.
Полученный порошок α-оксида алюминия нагревают на воздухе 30 минут при 1000oC для удаления хлора, размалывают на струйной мельнице (PSM-100SP) при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости подачи порошка 2.4 кг/час и получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 14
По методу примера 13, за исключением того, что дехлорирование проводят при 900oC, получают порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 15
По методу примера 13, за исключением того, что дехлорирование проводят при 1100oC в течение 180 минут, получают порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 16
По методу примера 13, за исключением того, что дехлорирование проводят 60 минут при 1000oC при давлении 0.1 тор (13,33 Па), которое создается роторным насосом (GVL) 050A, выпускаемым SHWKU KIKO Co., Ltd.), получают порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Фиг. 3 является фотографией порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 16, сделанной на сканирующем электронном микроскопе и фиг. 4 является графиком, показывающим распределение по размеру частиц порошка α-оксида алюминия, полученного в примере 16.
Пример 17
По методу примера 13, за исключением того, что дехлорирование проводят промыванием α-оксида алюминия водой и сушкой 60 минут при 250oC, получают порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 18
Порошок α-оксида алюминия, полученного в примере 5, замачивают в воде, нагревают в автоклаве 2 часа при 180oC, размалывают на струйной мельнице (PJM-100SP) при давлении воздуха 6 кг/см2 при скорости подачи порошка 2.4 кг/час и получают требуемый порошок α-оксида алюминия. Результаты приведены в таблице 2.
Примеры 19-22
По методу примера 5, за исключением того, что состав газа, температура прокаливания и время прокаливания изменены как показано в таблице 1, получают порошок α-оксида алюминия.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример для сравнения 1
В качестве исходного используют гидроксид алюминия, такой же, что используется в примере 2 (200 г), его прокаливают в воздухе в цилиндрической печи с кварцевым муфелем. Температура повышается со скоростью 500oC/час. После достижения 1100oC, такая температура сохраняется 30 минут, затем происходит самопроизвольное охлаждение. Но требуемый порошок α-оксида алюминия не образуется. Результаты приведены в таблице 2.
Пример для сравнения 2
По методике примера 1, за исключением того, что остаточный хлор не удаляется, получают порошок α-оксида алюминия, содержащий 310 ч. на млн. хлора. Результаты приведены в таблице 2.
Пример 23
До стадии удаления хлора повторяют методику примера 1 и получают порошок α-оксида алюминия.
Полученный порошок α-оксида алюминия (приблизительно 1 г) загружают в глиноземный тигль и прокаливают в вакууме для удаления хлора.
Тигль, содержащий порошок α-оксида алюминия, помещают в электрический нагреватель (металлическая элементная печь) при комнатной температуре, закрывают, нагреватель подключают к роторному насосу при 0.1 тор (13,33 Па), повышают температуру со скоростью нагрева 5oC/мин до 200oC, поддерживая в нагревателе вакуум с помощью роторного насоса. После достижения 200oC, такая температура и давление 0.1 тор поддерживаются 2 часа. Затем температура уменьшается при охлаждении со скоростью 20oC/мин до комнатной температуры. Порошок α-оксида алюминия содержит 3 ч. на млн. хлора.
Условия получения и результаты показаны в таблицах 1 и 2, соответственно.
Пример 24
До стадии удаления хлора повторяют методику примера 1 и получают порошок α-оксида алюминия.
Полученный порошок α-оксида алюминия нагревают в автоклаве 2 часа при 180oC для удаления хлора и получают требуемый порошок α-оксида алюминия. Содержание хлора составляет 1 ч. на млн.
Условия получения и результаты приведены соответственно в таблицах 1 и 2.
Пример для сравнения 3
По методике примера 1, за исключением того, что не удаляют хлор, модификации оксида алюминия прокалывают и получают порошок α-оксида алюминия. Форма частиц и распределение частиц по размеру хорошие, но содержание хлора у порошка α-оксида алюминия составляет 48 ч. на млн.
Пример 25
Модификацию оксида алюминия (γ-оксид алюминия, AKP-G15) (200 г), порошок α-оксида алюминия (AKP-50), в качестве затравочного кристалла, (11.6 г) и изопропанол смешивают. Затем изопропанол упаривают. Смесью модификации оксида алюминия и затравки (приблизительно 200 г) наполняют цилиндрическую печь с кварцевым муфелем. Температуру повышают со скоростью нагревания 500oC/час с потоком газа, азота. Когда температура достигает 800oC подают хлористый водород из баллона при использовании азота в качестве газа-разбавителя. Концентрация хлористого водорода в атмосфере печи контролируется регулированием скорости подачи азота и хлористого водорода с помощью расходомера. Общее количество потока газа регулируется линейной скоростью 20 мм/мин. Общее давление газа равняется атмосферному давлению.
После достижения 1100oC такая температура сохраняется 30 минут, затем происходит самопроизвольное охлаждение.
Содержание хлора в полученном порошке α-оксида алюминия измеряется масс-спектрометрией с ионизацией вещества в искровом разряде и составляет 310 ч. на млн.
Полученный порошок α-оксида алюминия (приблизительно 1 г) помещают в глиноземный тигль и прокаливают в вакууме для удаления хлора. Тигль с порошком α-оксида алюминия помещают в электрическую печь (металлическая элементная печь) при комнатной температуре, закрывают в нагревателе, создают вакуум приблизительно 0.1 (13,33 Па) тор с помощью роторного насоса и повышают температуру со скоростью нагревания 5oC/мин до 1000oC, сохраняя при этом вакуум в нагревателе с помощью роторного насоса. После достижения 1000oC такая температура и давление 0.1 тор сохраняются 1 час. Затем температуру снижают со скоростью 20oС/мин до комнатной температуры и получают дехлорированный порошок α-оксида алюминия.
Условия получения и результаты приведены соответственно в таблицах 1 и 2.
Пример 26
По методу примера 25, за исключением того, что вместо хлористого водорода используют в качестве газа хлор, прокаливают модификацию оксида алюминия. Полученный порошок α-оксида алюминия размалывают в струйной мельнице при давлении воздуха 6 кг/см2, при скорости подачи порошка 2.4 кг/час, нагревают для удаления хлора в тех же условиях, что и в примере 25, и получают требуемый порошок α-оксида алюминия.
Условия получения и результаты приведены соответственно в таблицах 1 и 2.
Пример для сравнения 4
Частицы α-оксида алюминия, полученные гидротермальным методом и имеющие размер частиц 10 мкм, имеют сопротивление раздавливанию 13 кг/мм2.
Формула изобретения: 1. Способ получения порошка α - оксида алюминия, включающий прокаливание по крайней мере одного исходного материала, выбранного из модификаций оксида алюминия, исключая α-оксид алюминия, и соединений алюминия, отличающийся тем, что прокаливание проводят в галогенсодержащей атмосфере, которая включает газообразный галогенид водорода, газообразный галоген или смесь газообразного галогена и пара и включает по крайней мере 0,1 об.% по крайней мере одного галогенсодержащего газа, выбранного из группы, включающей газообразный галогенид водорода и газообразный галоген, и из прокаленного материала удаляют галоген.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный материал содержит по крайней мере одну добавку, выбранную из группы, содержащей затравочный кристалл и регулирующий форму агент.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация галогенсодержащего газа составляет по крайней мере 1 об.%.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что галогенсодержащий газ производят с помощью подачи непосредственно в систему прокаливания по крайней мере одного источника газа, выбранного из группы, содержащей твердые и жидкие источники газообразного галогенида водорода и твердые и жидкие источники газообразного галогена.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что по крайней мере один источник газа, выбранный из группы, включающей твердые и жидкие источники газообразного галогенида водорода и твердые и жидкие источники газообразного галогена, смешивают с по крайней мере одним исходным материалом и затем смесь подают в систему прокаливания.
6. Способ по п.1. отличающийся тем, что температуру прокаливания поддерживают от 600 до 1400oС.
7. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что источником газообразного галогенида водорода является галогенид аммония.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве галогенида аммония используют хлористый аммоний.
9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве затравочного кристалла используют по крайней мере одно соединение, выбранное из группы, содержащей соединения алюминия, титана, ванадия, хрома, железа и никеля.
10. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве регулирующего форму агента используют по крайней мере один материал, выбранный из магния, кальция, стронция, иттрия, циркония, ниобия, ванадия, молибдена, меди, цинка, бора, кремния, лантана, церия, неодима и их соединений.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный материал прокаливают в атмосфере газа, содержащей по крайней мере 0,1 об.% газообразного галогенида водорода, при температуре от 500 до 1400oС.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный материал прокаливают в атмосфере газа, содержащей по крайней мере 0,1 об.% газообразного галогена, при температуре от 950 до 1500oС.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный материал прокаливают в атмосфере газа, содержащей по крайней мере 0,1 об.% газообразного галогена и по крайней мере 0,01 об.% пара, при температуре от 500 до 1400oС.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что галоген удаляют одной из следующих стадий;
а) порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают в атмосфере воздуха или азота при температуре от 550 до 1400oС
b) порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают в атмосфере инертного газа при температуре от 600 до 1400oС
с) порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают при уменьшенном давлении 133,3 Па или менее при температуре от 400 до 1400oС
d) порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, промывают по крайней мере одной жидкостью, выбранной из группы, включающей воду, щелочной раствор и спирт, и затем сушат
e) α-оксид алюминия, содержащий галоген, нагревают по крайней мере в одной жидкости, выбранной из группы, содержащей воду, щелочной раствор и спирт, до кипения жидкости и сушат, и
f) α-оксид алюминия, содержащий галоген, обрабатывают в автоклаве, содержащем по крайней мере одну жидкость, выбранную из группы, включающей воду, щелочной раствор и спирт, при температуре от 70 до 200oС и сушат.
15. Способ по п.1 или 14, отличающийся тем, что порошок α-оксида алюминия, содержащий галоген, нагревают в атмосфере воздуха или азота, содержащего по крайней мере 0,1 об. % по крайней мере одного газа, выбранного из группы, включающей пар, кислород, водород, двуокись углерода, спирт и аммиак, при температуре от 550 до 1400oС.
16. Порошок α-оксида алюминия, отличающийся тем, что содержит частицы, которые имеют гексагональную плотноупакованную решетку, формы многогранника с по крайней мере 8 гранями, соотношением Д/Н от 0,5 до 3,0, где Д является максимальным размером частиц в направлении, параллельном плоскости гексагональной решетки, и Н является размером частицы в направлении, перпендикулярном к плоскости гексагональной решетки, соотношением Д9010 10 или менее, где Д10 и Д90 являются размером частицы при 10 и 90% накоплении, соответственно от наименьшего размера частицы, и содержание галогена составляет 40 частей на миллион или менее.
17. Порошок α-оксида алюминия по п.16, отличающийся тем, что имеет чистоту оксида алюминия по крайней мере 99,90%.
Приоритет по пунктам:
25.11.93 по пп.1 - 3, 6, 9 - 17;
30.11.93 по пп.4, 5, 7 и 8.