(57)【要約】【課題】高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することの可能なアルミナ粒子を製造するのに適したアルミナ粒子の製造方法、及びそのようなアルミナ粒子の原料として有用なベーマイト粒子を製造するのに適したベーマイト粒子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のベーマイト粒子の製造方法では、水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供することにより、一次粒子の形状が六面体をなす平均一次粒子径が０．６μｍ以下のベーマイト粒子が製造される。本発明のアルミナ粒子の製造方法は、上記の方法で得られるベーマイト粒子を乾燥する工程と、乾燥後のベーマイト粒子をか焼してアルミナ粒子を得る工程と、得られたアルミナ粒子を解砕する工程とを備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供することにより、一次粒子の形状が六面体をなす平均一次粒子径が０．６μｍ以下のベーマイト粒子を製造することを特徴とするベーマイト粒子の製造方法。
【請求項２】
前記水酸化アルミニウム粉末がギブサイトである請求項１に記載のベーマイト粒子の製造方法。
【請求項３】
前記核生成剤が金属酸化物ゾル又は金属塩である請求項１又は２に記載のベーマイト粒子の製造方法。
【請求項４】
水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供する工程は、水酸化アルミニウム粉末及び核生成剤を含有するスラリーを水熱反応に供することにより行われ、前記スラリーのｐＨは８以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のベーマイト粒子の製造方法。
【請求項５】
水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供する工程は、水酸化アルミニウム粉末及び核生成剤を含有するスラリーを水熱反応に供することにより行われ、前記スラリーの電気伝導度は５００μＳ／ｃｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のベーマイト粒子の製造方法。
【請求項６】
前記水熱反応の結果として得られるベーマイト粒子を含んだ反応後スラリーに対して純水を導入しながら反応後スラリー中の水相を濾液として回収することにより、回収される濾液の電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以下になるまでベーマイト粒子を洗浄する工程を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載のベーマイト粒子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法によって得られるベーマイト粒子を乾燥する工程と、
乾燥後のベーマイト粒子をか焼してアルミナ粒子を得る工程と、
得られたアルミナ粒子を解砕する工程と
を備えることを特徴とするアルミナ粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナ粒子を製造するための原料として使用可能なベーマイト粒子を製造する方法、及びアルミナ粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ粒子は、例えば、半導体デバイス基板やディスプレイ用基板、ハードディスク基板、ＬＥＤ用サファイア基板などの研磨対象物を研磨する用途で砥粒として使用される。高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るためには、砥粒として使用されるアルミナ粒子の粒子サイズはできるだけ小さいことが好ましい。アルミナ粒子を遊離砥粒として含有する研磨用組成物は一般に、コロイダルシリカを遊離砥粒として含有する研磨用組成物に比べて研磨対象物の除去速度（研磨速度）が高い。しかしながら、アルミナ粒子を含有する場合であっても、アルミナ粒子の粒子サイズが小さくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の除去速度は一般に低下する。また、アルミナ粒子の粒子サイズが小さくなるにつれて、研磨面に付着したアルミナ粒子を洗浄により除去することは困難となる（すなわち、アルミナ粒子の洗浄性が低下する）。
【０００３】
特許文献１，２に記載されているように、一次粒子の形状が角状をしたアルミナ粒子を砥粒として使用することが従来知られている。一次粒子の形状が六面体をしたアルミナ粒子は、この角状アルミナ粒子に概念的に含まれるものであるが、粒子サイズが小さくても高い除去速度で研磨対象物を研磨することができるとともに良好な洗浄性を有することから、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２７７６８３号公報
【特許文献２】特開平５−２７１６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することの可能なアルミナ粒子を製造するのに適したアルミナ粒子の製造方法、及びそのようなアルミナ粒子の原料として有用なベーマイト粒子を製造するのに適したベーマイト粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供することにより、一次粒子の形状が六面体をなす平均一次粒子径が０．６μｍ以下のベーマイト粒子を製造するベーマイト粒子の製造方法が提供される。
【０００７】
使用される水酸化アルミニウム粉末はギブサイトであることが好ましい。使用される核生成剤は金属酸化物ゾル又は金属塩であることが好ましい。
水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供する工程は、例えば、水酸化アルミニウム粉末及び核生成剤を含有するスラリーを水熱反応に供することにより行われる。スラリーのｐＨは８以下であることが好ましい。スラリーの電気伝導度は５００μＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
ベーマイト粒子の製造方法は、水熱反応の結果として得られるベーマイト粒子を含んだ反応後スラリーに対して純水を導入しながら反応後スラリー中の水相を濾液として回収することにより、回収される濾液の電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以下になるまでベーマイト粒子を洗浄する工程を備えることが好ましい。
【０００９】
本発明の別の態様では、上記の製造方法によって得られるベーマイト粒子を乾燥する工程と、乾燥後のベーマイト粒子をか焼してアルミナ粒子を得る工程と、得られたアルミナ粒子を解砕する工程とを備えるアルミナ粒子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することの可能なアルミナ粒子を製造するのに適したアルミナ粒子の製造方法、及びそのようなアルミナ粒子の原料として有用なベーマイト粒子を製造するのに適したベーマイト粒子の製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
まず、本実施形態のベーマイト粒子の製造方法に関して説明する前に、本実施形態の方法で製造されるベーマイト粒子に関して説明する。なお、本実施形態の方法で製造されるベーマイト粒子の主な用途は、砥粒として使用されるアルミナ粒子を製造するための原料としての用途である。
【００１２】
ベーマイト粒子は、一次粒子の形状が六面体をなしている。ベーマイト粒子の一次粒子は、好ましくは、向かい合った２つの正方形と４つの長方形又は正方形とで囲まれた平行六面体、あるいは向かい合った２つの菱形と４つの長方形又は正方形とで囲まれた平行六面体に近似した外形形状を有する。ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の一次粒子の形状は通常、当該ベーマイト粒子の一次粒子の形状をほぼ受け継ぐので、ベーマイト粒子の一次粒子の形状が六面体をなす場合には、一次粒子の形状が六面体をなすアルミナ粒子を得ることが容易であると言える。一次粒子の形状が六面体をなすアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することが可能である。一次粒子の形状が六面体をなすベーマイト粒子は、そのようなアルミナ粒子の原料として少なくとも有用である。
【００１３】
ベーマイト粒子は０．６μｍ以下の平均一次粒子径を有する。ベーマイト粒子の平均一次粒子径は０．４μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以下、さらに好ましくは０．２μｍ以下である。ベーマイト粒子の平均一次粒子径は、ベーマイト一次粒子の一つの頂点から延びる３辺のうち最も長い辺の長さの平均値として定義される。ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の平均一次粒子径の値は通常、当該ベーマイト粒子の平均一次粒子径の値をほぼ受け継ぐので、ベーマイト粒子の平均一次粒子径が上記のいずれかの範囲にある場合には、平均一次粒子径が当該範囲のアルミナ粒子を得ることが容易であると言える。平均一次粒子径が０．６μｍ以下、さらに言えば０．４μｍ以下、０．３μｍ以下又は０．２μｍ以下のアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することが可能である。平均一次粒子径が０．６μｍ以下、さらに言えば０．４μｍ以下、０．３μｍ以下又は０．２μｍ以下のベーマイト粒子は、そのようなアルミナ粒子の原料として少なくとも有用である。
【００１４】
ベーマイト粒子の平均一次粒子径は、０．０１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．０８μｍ以上、特に好ましくは０．１μｍ以上である。上記したとおり、ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の平均一次粒子径は通常、当該ベーマイト粒子の平均一次粒子径をほぼ受け継ぐので、ベーマイト粒子の平均一次粒子径が上記のいずれかの範囲にある場合には、平均一次粒子径が当該範囲のアルミナ粒子を得ることが容易であると言える。アルミナ粒子の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、アルミナ粒子による研磨対象物の除去速度（研磨速度）は向上する。この点、アルミナ粒子の平均一次粒子径が０．０１μｍ以上、さらに言えば０．０５μｍ以上、０．０８μｍ以上又は０．１μｍ以上である場合には、除去速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。平均一次粒子径が０．０１μｍ以上、さらに言えば０．０５μｍ以上、０．０８μｍ以上又は０．１μｍ以上のベーマイト粒子は、そのようなアルミナ粒子の原料として少なくとも有用である。
【００１５】
ベーマイト粒子の一次粒子は、好ましくは１〜５、より好ましくは１〜３、さらに好ましくは１〜２、特に好ましくは１〜１．５の範囲のアスペクト比を有する。ここで、ベーマイト一次粒子のアスペクト比は、六面体形状を有するベーマイト一次粒子の一つの頂点から延びる３辺のうち最も長い辺の長さをａ、最も短い辺の長さをｃとしたときにａをｃで除した値として定義される。残る一つの辺の長さｂは、最も長い辺の長さａとほぼ等しいことが好ましい。ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の一次粒子のアスペクト比は通常、当該ベーマイト粒子の一次粒子のアスペクト比をほぼ受け継ぐので、ベーマイト粒子の一次粒子のアスペクト比が上記のいずれかの範囲にある場合には、一次粒子のアスペクト比が当該範囲のアルミナ粒子を得ることが容易であると言える。一次粒子のアスペクト比が１〜５、さらに言えば１〜３、１〜２又は１〜１．５であるアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として特に好適に使用することが可能である。一次粒子のアスペクト比が１〜５、さらに言えば１〜３、１〜２又は１〜１．５であるベーマイト粒子は、そのようなアルミナ粒子の原料として少なくとも有用である。
【００１６】
本実施形態のベーマイト粒子の製造方法では、出発原料として水酸化アルミニウム粉末を使用して水熱反応が行われる。ベーマイト粒子の出発原料として好適に使用されうる水酸化アルミニウム粉末はギブサイトである。
【００１７】
本実施形態で使用される水酸化アルミニウム粉末の平均一次粒子径は１０μｍ以下であることが好ましい。水酸化アルミニウム粉末の平均一次粒子径が小さくなるほど、水熱反応効率は向上する。この点、水酸化アルミニウム粉末の平均一次粒子径が１０μｍ以下である場合には、水熱反応効率を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００１８】
ベーマイト粒子は、このような水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供することにより製造（合成）される。核生成剤は、水酸化アルミニウム粉末とともに水熱反応に供したときに、水中に微小核を生成する助剤をいう。ベーマイト粒子は、この核生成剤による微小核を核として粒子成長する。核生成剤として好適に使用されうるのは、金属酸化物ゾル又は金属塩、中でもベーマイト粒子と同じアルミニウム化合物であるアルミナゾル又は硝酸アルミニウム（硝酸アルミニウム九水和物）である。ただし、アルミナゾルは、これを核生成剤として使用した場合、硝酸アルミニウムを使用した場合に比べて一次粒子径の比較的小さいベーマイト粒子を得やすい点で、特に好ましい。
【００１９】
核生成剤として使用されるアルミナゾルの平均粒子径は５〜３０ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５〜１５ｎｍである。平均粒子径が上記の範囲内のアルミナゾルを使用した場合には、得られるベーマイト粒子のサイズの制御が容易となる。なお、アルミナゾルの平均粒子径は、アルミナゾルの全粒子の積算体積の５０％以上になるまで粒子径の小さい順に粒子の体積を積算したときに最後に積算される粒子の粒子径に等しく、例えば、日機装株式会社製の動的光散乱式ナノトラック粒度分布測定装置（ＵＰＡシリーズ）を使って測定することができる。
【００２０】
また、核生成剤として使用されるアルミナゾルの最大粒子径は２００ｎｍ以下であることが好ましい。最大粒子径が２００ｎｍ以下のアルミナゾルを使用した場合には、得られるベーマイト粒子のサイズの制御が容易となる。なお、アルミナゾルの最大粒子径は、アルミナゾル中の最大サイズの粒子の粒子径に等しく、例えば、パーティクルサイジングシステム社製のアキュサイザーモデル７８０を使って測定することができる。
【００２１】
水熱反応に際して使用される核生成剤の量は、水酸化アルミニウム粉末１００重量部に対して０．０００００１重量部以上であることが好ましく、より好ましくは０．００００１重量部以上、さらに好ましくは０．０００１重量部以上、特に好ましくは０．００１重量部以上である。核生成剤の量が多くなるほど、一次粒子径の小さいベーマイト粒子が得られやすくなる。この点、水酸化アルミニウム粉末１００重量部に対する核生成剤の量が０．０００００１重量部以上、さらに言えば０．００００１重量部以上、０．０００１重量部以上又は０．００１重量部以上である場合には、平均一次粒子径が０．６μｍ以下のベーマイト粒子を得ることが実用上特に容易となる。
【００２２】
また、使用される核生成剤の量は、水酸化アルミニウム粉末１００重量部に対して１０重量部以下であることが好ましく、より好ましくは１重量部以下、さらに好ましくは０．５重量部以下、特に好ましくは０．１重量部以下である。核生成剤の量が少なくなるほど、一次粒子径の大きいベーマイト粒子が得られやすくなる。この点、水酸化アルミニウム粉末１００重量部に対する核生成剤の量が１０重量部以下、さらに言えば１重量部以下、０．５重量部以下又は０．１重量部以下である場合には、平均一次粒子径が０．０１μｍ以上のベーマイト粒子を得ることが実用上特に容易となる。
【００２３】
上記水熱反応は、例えば、水酸化アルミニウム粉末及び核生成剤を水に分散又は溶解させて得られるスラリーを高温高圧にさらすことにより行われる。これにはオートクレーブを好適に使用することができる。
【００２４】
前記スラリー中の水酸化アルミニウム粉末の含有量は１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以上である。水酸化アルミニウム粉末の含有量が多くなるほど、ベーマイト粒子の合成効率は向上する。この点、スラリー中の水酸化アルミニウム粉末の含有量が１質量％以上、さらに言えば１０質量％以上である場合には、ベーマイト粒子の合成効率を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００２５】
また、前記スラリー中の水酸化アルミニウム粉末の含有量は３０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２０質量％以下である。水酸化アルミニウム粉末の含有量が少なくなるほど、一次粒子が六面体形状をしたベーマイト粒子の収率は向上する。この点、スラリー中の水酸化アルミニウム粉末の含有量が３０質量％以下、さらに言えば２０質量％以下である場合には、一次粒子が六面体形状をしたベーマイト粒子の収率を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００２６】
前記スラリーのｐＨは８以下であることが好ましく、より好ましくは７以下、さらに好ましくは６以下である。スラリーのｐＨが低くなるほど、アスペクト比の小さいベーマイト粒子が得られやすくなる。この点、スラリーのｐＨが８以下、さらに言えば７以下又は６以下である場合には、アスペクト比が５以下のベーマイト粒子を得ることが実用上特に容易となる。ただし、水熱反応で使用される反応容器が金属製である場合には、反応容器の腐食を防ぐためにスラリーのｐＨは２以上であることが好ましい。スラリーのｐＨを調整する方法は、特に限定されないが、例えば、硝酸などの無機酸のスラリーへの添加、イオン交換処理、デカンテーション、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過が挙げられ、これらは単独で使用されても組み合わせて使用されてもよい。
【００２７】
前記スラリーの電気伝導度は５００μＳ／ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００μＳ／ｃｍ以下、さらに好ましくは２００μＳ／ｃｍ以下、特に好ましくは１００μＳ／ｃｍ以下である。スラリーの電気伝導度が低くなるほど、一次粒子径の小さいベーマイト粒子が得られやすくなる。この点、スラリーの電気伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下、さらに言えば３００μＳ／ｃｍ以下、２００μＳ／ｃｍ以下又は１００μＳ／ｃｍ以下である場合には、平均一次粒子径が０．６μｍ以下のベーマイト粒子を得ることが実用上特に容易となる。スラリーの電気伝導度を調整する方法は、特に限定されないが、例えば、イオン交換処理、デカンテーション、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過が挙げられ、これらは単独で使用されても組み合わせて使用されてもよい。
【００２８】
水熱反応温度は１８０℃以上であることが好ましく、より好ましくは１８５℃以上、さらに好ましくは１９０℃以上である。水熱反応温度が高くなるほど、ベーマイト粒子の合成効率は向上する。この点、水熱反応温度が１８０℃以上、さらに言えば１８５℃以上又は１９０℃以上である場合には、ベーマイト粒子の合成効率を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００２９】
また、水熱反応温度は３００℃以下であることが好ましく、より好ましくは２１０℃以下、さらに好ましくは２０５℃以下である。水熱反応温度が低くなるほど、得られるベーマイト粒子は一次粒子径が揃う傾向がある。この点、水熱反応温度が３００℃以下、さらに言えば２１０℃以下又は２０５℃以下である場合には、一次粒子径が比較的揃ったベーマイト粒子を得ることが容易となる。
【００３０】
水熱反応圧力は特に限定されない。自然発生圧力（autogenous pressure）で好適にベーマイト粒子を得ることができるが、必要に応じて加圧又は減圧してもよい。
水熱反応時間は特に限定されないが、あまりに短時間では十分な量のベーマイト粒子を得ることが難しい。好ましい水熱反応時間は、例えば、水熱反応温度が１８０℃であれば８時間以上、水熱反応温度が１９０℃であれば６時間以上、水熱反応温度が１９５℃であれば４時間以上、水熱反応温度が２００℃であれば３時間以上である。
【００３１】
上記水熱反応により得られるベーマイト粒子は、好ましくは洗浄される。水酸化アルミニウム粉末はナトリウムイオンを不純物として含むことが多く、そのような水酸化アルミニウム粉末を原料として用いて水熱合成されるベーマイト粒子にもナトリウムイオンは不純物として残ることになる。このようなベーマイト粒子中の不純物ナトリウムイオンは、ベーマイト粒子の用途によっては望ましいものではない。従って、ベーマイト粒子中に不純物として含まれるナトリウムイオンをベーマイト粒子から除去する必要がある場合には、ベーマイト粒子は洗浄される。ベーマイト粒子を洗浄する典型的な方法としては、例えば、ロータリーフィルタによる方法や、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過による方法が挙げられる。これらの方法では、ベーマイト粒子を含んだスラリーに対して純水を導入しながらスラリー中の水相を濾液として回収することにより、ベーマイト粒子の洗浄は行われる。
【００３２】
ベーマイト粒子中に不純物として含まれるナトリウムイオンの量は、ベーマイト粒子の洗浄中に回収される濾液で測定される電気伝導度と正の相関がある。従って、洗浄中に回収される濾液の電気伝導度は、ベーマイト粒子中の不純物ナトリウムイオンの量の指標となりうる。ベーマイト粒子がアルミナ粒子の原料としての使用を想定したものである場合には、回収される濾液の電気伝導度が好ましくは５０μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは４０μＳ／ｃｍ以下、さらに好ましくは２０μＳ／ｃｍ以下になるまでベーマイト粒子は洗浄される。洗浄中に回収される濾液の電気伝導度の値が小さくなるほど、ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子のα化率が制御しやすくなる。この点、回収される濾液の電気伝導度が５０μＳ／ｃｍ以下、さらに言えば４０μＳ／ｃｍ以下又は２０μＳ／ｃｍ以下になるまでベーマイト粒子を洗浄した場合には、アルミナ粒子のα化率の制御性を実用上特に好適なレベルにまで向上させることができる。
【００３３】
続いて、本実施形態のアルミナ粒子の製造方法に関して説明する前に、本実施形態の方法で製造されるアルミナ粒子に関して説明する。なお、本実施形態の方法で製造されるアルミナ粒子の主な用途は砥粒としての用途である。
【００３４】
アルミナ粒子は、一次粒子の形状が六面体をなすことが好ましい。さらに言えば、アルミナ粒子の一次粒子は、向かい合った２つの正方形と４つの長方形又は正方形とで囲まれた平行六面体、あるいは向かい合った２つの菱形と４つの長方形又は正方形とで囲まれた平行六面体に近似した外形形状を有することが特に好ましい。一次粒子の形状が六面体をなすアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することが可能である。なお、ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の一次粒子の形状は通常、当該ベーマイト粒子の一次粒子の形状をほぼ受け継ぐので、一次粒子の形状が所望の形状を有するアルミナ粒子を得るためには、その所望とする形状と同じ一次粒子の形状を有するベーマイト粒子をか焼すればよい。
【００３５】
アルミナ粒子の平均一次粒子径は、０．６μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．４μｍ以下、さらに好ましくは０．３μｍ以下、特に好ましくは０．２μｍ以下である。一次粒子の形状が六面体をなすアルミナ粒子の平均一次粒子径は、アルミナ一次粒子の一つの頂点から延びる３辺のうち最も長い辺の長さの平均値として定義される。平均一次粒子径が上記の範囲にあるアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することが可能である。なお、ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の平均一次粒子径の値は通常、当該ベーマイト粒子の平均一次粒子径の値をほぼ受け継ぐので、平均一次粒子径が所望の値を有するアルミナ粒子を得るためには、その所望とする値と同じ平均一次粒子径の値を有するベーマイト粒子をか焼すればよい。
【００３６】
また、アルミナ粒子の平均一次粒子径は、０．０１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．０８μｍ以上、特に好ましくは０．１μｍ以上である。アルミナ粒子の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、アルミナ粒子による研磨対象物の除去速度は向上する。この点、アルミナ粒子の平均一次粒子径が０．０１μｍ以上、さらに言えば０．０５μｍ以上、０．０８μｍ以上又は０．１μｍ以上である場合には、除去速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００３７】
アルミナ粒子の一次粒子は、その形状が六面体をなす場合、好ましくは１〜５、より好ましくは１〜３、さらに好ましくは１〜２、特に好ましくは１〜１．５の範囲のアスペクト比を有する。ここで、アルミナ一次粒子のアスペクト比は、六面体形状を有するアルミナ一次粒子の一つの頂点から延びる３辺のうち最も長い辺の長さをａ、最も短い辺の長さをｃとしたときにａをｃで除した値として定義される。残る一つの辺の長さｂは、最も長い辺の長さａとほぼ等しいことが好ましい。一次粒子のアスペクト比が１〜５、さらに言えば１〜３、１〜２又は１〜１．５の範囲にあるアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として特に好適に使用することが可能である。なお、ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子の一次粒子のアスペクト比の値は通常、当該ベーマイト粒子の一次粒子のアスペクト比の値をほぼ受け継ぐので、一次粒子のアスペクト比が所望の値を有するアルミナ粒子を得るためには、その所望とする値と同じアスペクト比の値を有するベーマイト粒子をか焼すればよい。
【００３８】
アルミナ粒子は、好ましくは０．０８〜２μｍ、より好ましくは０．１５〜１μｍ、さらに好ましくは０．２〜０．７μｍの範囲の平均二次粒子径を有する。ここで、アルミナ粒子の平均二次粒子径は、アルミナ粒子の全粒子の積算体積の５０％以上になるまでレーザー錯乱法による粒子径の小さい順に粒子の体積を積算したときに最後に積算される粒子の粒子径に等しい。平均二次粒子径が０．０８〜２μｍ、さらに言えば０．１５〜１μｍ又は０．２〜０．７μｍの範囲にあるアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として特に好適に使用することが可能である。
【００３９】
アルミナ粒子の粒度分布の指標となる、アルミナ粒子の９０％粒子径（Ｄ９０）を１０％粒子径（Ｄ１０）で除して得られる値Ｄ９０／Ｄ１０は、１．２〜３の範囲であることが好ましく、より好ましくは１．５〜２．５の範囲、さらに好ましくは１．８〜２．２の範囲である。ここで、アルミナ粒子の９０％粒子径は、アルミナ粒子の全粒子の積算体積の９０％以上になるまでレーザー錯乱法による粒子径の小さい順に粒子の体積を積算したときに最後に積算される粒子の粒子径に等しく、アルミナ粒子の１０％粒子径は、アルミナ粒子の全粒子の積算体積の１０％以上になるまでレーザー錯乱法による粒子径の小さい順に粒子の体積を積算したときに最後に積算される粒子の粒子径に等しい。値Ｄ９０／Ｄ１０が１．２〜３、さらに言えば１．５〜２．５又は１．８〜２．２の範囲にあるアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として特に好適に使用することが可能である。
【００４０】
アルミナ粒子は、いずれの結晶形態を有していてもよく、例えば、γ−アルミナやδ−アルミナ、θ−アルミナのような遷移アルミナ、及びα−アルミナのいずれを主とするものであってもよい。ただし、高硬度が要求される場合には、アルミナ粒子はα−アルミナを少なくとも一部含有していることが好ましい。アルミナ粒子のα化率は５〜７０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜６０％、特に好ましくは２０〜５０％である。ここでα化率は、Ｘ線回折法によりコランダムとの比較に基づいて求められる値である。α化率が５〜７０％、さらに言えば１０〜６０％又は２０〜５０％の範囲にあるアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として特に好適に使用することが可能である。
【００４１】
本実施形態のアルミナ粒子の製造方法では、上記した水熱反応により得られるベーマイト粒子が出発原料として使用される。ベーマイト粒子は、好ましくは予め洗浄されるが、必ずしも予め洗浄されなくてもよい。
【００４２】
水熱反応により得られたベーマイト粒子は、洗浄された後あるいは洗浄されることなく、まず乾燥される。ベーマイト粒子を乾燥する典型的な方法としては、気流乾燥が挙げられる。
【００４３】
乾燥後のベーマイト粒子は続いてか焼され、その結果アルミナ粒子が得られる。
か焼温度は５００℃以上であることが好ましく、より好ましくは８００℃以上、さらに好ましくは１０００℃以上、特に好ましくは１０３０℃以上である。か焼温度が高くなるほど、α化率の高いアルミナ粒子が得られやすくなる。この点、か焼温度が５００℃以上、さらに言えば８００℃以上、１０００℃以上又は１０３０℃以上である場合には、α化率が２０％以上のアルミナ粒子を得ることが実用上特に容易となる。
【００４４】
また、か焼温度は１２００℃以下であることが好ましく、より好ましくは１１００℃以下、さらに好ましくは１０７０℃以下である。か焼温度が低くなるほど、一次粒子が六面体形状をしたアルミナ粒子の収率は向上する。この点、か焼温度が１２００℃以下、さらに言えば１１００℃以下又は１０７０℃以下である場合には、一次粒子が六面体形状をしたアルミナ粒子の収率を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００４５】
ベーマイト粒子をか焼して得られるアルミナ粒子は、続いて解砕される。解砕により、一次粒子がいくつか凝集して形成されている二次粒子の少なくとも一部が一次粒子を最小単位として複数個に砕かれる。アルミナ粒子を解砕する典型的な方法としては、ボールやビーズを用いたメディアミルによる方法や、ジェットミルによる方法が挙げられる。
【００４６】
解砕後のアルミナ粒子は、好ましくは、アルミナ粒子中に含まれる粗大粒子を除去するための処理に供される。アルミナ粒子中の粗大粒子を除去する典型的な方法としては、アルミナ粒子を水中に分散させて粗大粒子を自然沈降させて除去する水比分級や、アルミナ粒子をフィルターに通して粗大粒子を除去する方法が挙げられる。
【００４７】
こうして得られるベーマイト粒子は、原料のベーマイト粒子の一次粒子の形状とほぼ同じ形状の一次粒子を有する。
本実施形態によれば、以下の利点が得られる。
【００４８】
本実施形態のベーマイト粒子の製造方法によれば、水酸化アルミニウム粉末を核生成剤とともに水熱反応に供することにより、一次粒子の形状が六面体をなす平均一次粒子径が０．６μｍ以下のベーマイト粒子を得ることができる。また、本実施形態のアルミナ粒子の製造方法によれば、このベーマイト粒子を出発原料として用いて、少なくとも、乾燥、か焼及び解砕の工程を経ることによって、一次粒子の形状が六面体なす平均一次粒子径が０．６μｍ以下のアルミナ粒子を得ることができる。このアルミナ粒子は、高平滑でかつ低欠陥の研磨面を得るために研磨対象物を研磨する用途で砥粒として好適に使用することが可能である。また、本実施形態のベーマイト粒子の製造方法で得られるベーマイト粒子は、そのようなアルミナ粒子の原料として少なくとも有用である。
【００４９】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
８０グラムのギブサイト粉末を０．４グラムのアルミナゾルとともに７２０グラムの純水に分散させてスラリーを調製した。得られたスラリーを８０００ｒｐｍの回転速度で２０分間撹拌した後、オートクレーブ内に移した。オートクレーブ内の温度を１．５℃／分の昇温速度で２００℃にまで加熱して２００℃に４時間保持した。その後、常温まで自然に放冷してから、水熱合成されたベーマイト粒子を含んだ反応後のスラリーをオートクレーブ内から取り出した。この反応後のスラリーに対して純水を導入しながらスラリー中の水相を濾液として回収することにより、回収される濾液の電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ以下になるまでベーマイト粒子を洗浄した。
【００５０】
実施例２
８０グラムのギブサイト粉末と７２０グラムの純水の混合物を、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過に供し、その電気伝導度を５０μＳ／ｃｍに調整した。その後、その混合物に０．４グラムのアルミナゾルを添加し、さらに硝酸を添加することによりｐＨを６．０に調整した。こうして得られたスラリーを、実施例１のスラリーの代わりに用いた以外は実施例１と同様の手順でベーマイト粒子を製造した。
【００５１】
実施例３
８０グラムのギブサイト粉末と７２０グラムの純水の混合物を、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過に供し、その電気伝導度を５０μＳ／ｃｍに調整した。その後、その混合物に０．４グラムのアルミナゾルを添加し、さらに電気伝導度が２４００μＳ／ｃｍになるまで硝酸ナトリウムを添加した。こうして得られたスラリーを、実施例１のスラリーの代わりに用いた以外は実施例１と同様の手順でベーマイト粒子を製造した。
【００５２】
実施例４
８０グラムのギブサイト粉末と７２０グラムの純水の混合物を、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過に供し、その電気伝導度を５０μＳ／ｃｍに調整した。その後、その混合物に１．６グラムのアルミナゾルを添加し、さらに硝酸を添加することによりｐＨを４．８に調整した。こうして得られたスラリーを、実施例１のスラリーの代わりに用いた以外は実施例１と同様の手順でベーマイト粒子を製造した。
【００５３】
実施例５
８０グラムのギブサイト粉末と７２０グラムの純水の混合物を、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過に供し、その電気伝導度を５０μＳ／ｃｍに調整した。その後、その混合物に１．６グラムのアルミナゾルを添加し、さらに硝酸を添加することによりｐＨを４．０に調整した。こうして得られたスラリーを、実施例１のスラリーの代わりに用いた以外は実施例１と同様の手順でベーマイト粒子を製造した。
【００５４】
以上の実施例１〜５で得られたベーマイト粒子の物性（平均一次粒子径、平均二次粒子径及びアスペクト比）を、水熱反応に供される前のスラリーの電気伝導度及びｐＨの値とともに、表１に示す。
【００５５】
【表１】
2010070449.tif 000002
実施例６
１２０グラムのギブサイト粉末を１．２ミリグラムのアルミナゾルとともに６８０グラムの純水に分散させてスラリーを調製した。各スラリーを８０００ｒｐｍの回転速度で２０分間撹拌した後、オートクレーブ内に移した。オートクレーブ内の温度を１．５℃／分の昇温速度で２００℃にまで加熱して２００℃に４時間保持した。その後、常温まで自然に放冷してから、水熱合成されたベーマイト粒子を含んだ反応後のスラリーをオートクレーブ内から取り出した。この反応後のスラリーに対して純水を導入しながらスラリー中の水相を濾液として回収することにより、回収される濾液の電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ以下になるまでベーマイト粒子を洗浄した。洗浄後のベーマイト粒子を気流乾燥してからか焼炉内でか焼し、アルミナ粒子を得た。か焼に際しては、か焼炉内の温度を２℃／分の昇温速度で１０５０℃にまで加熱して１０５０℃に３時間保持した。得られたアルミナ粒子を、０．６ＭＰａの粉砕圧でジェットミルを用いて解砕した。最後に、アルミナ粒子を水に分散させて水比分級により、２μｍ以上のサイズの粗大粒子を除去した。
【００５６】
実施例７
アルミナゾルの添加量を１．２ミリグラムから４．８ミリグラムに変更した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００５７】
実施例８
アルミナゾルの添加量を１．２ミリグラムから２４ミリグラムに変更した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００５８】
実施例９
アルミナゾルの添加量を１．２ミリグラムから６０ミリグラムに変更した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００５９】
実施例１０，１１
アルミナゾルの添加量を１．２ミリグラムから２４０ミリグラムに変更したことと、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過により、水熱反応に供される前のスラリーの電気伝導度を１５０μＳ／ｃｍに、またｐＨを７．０に調整したことと、か焼温度を１０５０℃から変更したこと以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。なお、実施例１０のか焼温度は１０３０℃、実施例１１のか焼温度は１０４０℃である。
【００６０】
実施例１２
アルミナゾルの添加量を１．２ミリグラムから２４０ミリグラムに変更したことと、限外濾過膜を使用したクロスフロー濾過により、水熱反応に供される前のスラリーの電気伝導度を１５０μＳ／ｃｍに、またｐＨを７．０に調整したこと以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００６１】
実施例１３
アルミナゾルの代わりに１２０ミリグラムの硝酸アルミニウム九水和物を使用した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００６２】
比較例１
アルミナゾルの代わりに１２ミリグラムの硝酸アルミニウム九水和物を使用した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００６３】
比較例２
アルミナゾルの代わりに２４０ミリグラムの硝酸アルミニウム九水和物を使用した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００６４】
比較例３
アルミナゾルの代わりに１２０ミリグラムの塩化第二鉄を使用した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００６５】
比較例４
アルミナゾルの添加を省略した以外は実施例６と同様の手順でアルミナ粒子を製造した。
【００６６】
比較例５
平均粒子径が５０μｍのアルミナ粒子１．２キログラムを分散剤とともに純水１．５キログラムに投入し、アルミナ粒子が純水中に分散したスラリーを調製した。このスラリーを直径８ｍｍのアルミナボール６キログラムとともにポットミルのポットに投入し、ポットミルを７０ｒｐｍの回転速度で３０時間回転させることにより、アルミナ粒子を粉砕した。
【００６７】
比較例６
ポットミルの回転時間を３０時間から６０時間に変更した以外は比較例５と同様の手順で平均粒子径が５０μｍのアルミナ粒子を粉砕した。
【００６８】
実施例６〜１３及び比較例１〜６の各例で使用した核生成剤の種類と含有量を表２に示す。また、各例において最終的に得られたアルミナ粒子のアスペクト比、α化率、平均一次粒子径及び平均二次粒子径を測定した結果もまた表２に示す。
【００６９】
実施例６〜１３及び比較例１〜６の各例において最終的に得られたアルミナ粒子を、硝酸アルミニウム九水和物（研磨促進剤）、グルタミン酸二酢酸四ナトリウム塩（洗浄促進剤）及び過酸化水素（酸化剤）とともに、水に混合して研磨用組成物を調製した。いずれの研磨用組成物の場合も、アルミナ粒子の含有量は１．５質量％、硝酸アルミニウム九水和物の含有量は３ｇ／Ｌ、グルタミン酸二酢酸四ナトリウム塩の含有量は０．３ｇ／Ｌ、過酸化水素の含有量は１３ｇ／Ｌである。
【００７０】
各研磨用組成物を用いて、直径３．５インチ（≒９５ｍｍ）の磁気ディスク用無電解ニッケル−リンめっき基板の表面を表３に示す条件で研磨したときの研磨速度を、研磨前後の基板の重量の差に基づいて求めた結果を表２の“研磨速度”欄に示す。
【００７１】
各研磨用組成物を用いて研磨し、その後純水ですすぎ洗浄した後の基板表面におけるスクラッチ数を計測した。具体的には、フナコシ薬品株式会社製の表面検査ランプ“Ｆ１００Ｚ”の光を基板表面に照射しながら目視でスクラッチ数を計測した。計測されたスクラッチ数が２５未満の場合には優（○○）、２５以上５０未満の場合には良（○）、５０以上７５未満の場合にはやや不良（×）、７５以上１００未満の場合には不良（××）、１００以上の場合には極めて不良（×××）と評価した結果を表２の“スクラッチ数”欄に示す。
【００７２】
各研磨用組成物を用いて研磨し、その後純水ですすぎ洗浄した後の基板の表面におけるアルミナ粒子の付着の有無を蛍光灯下での目視により観察した。アルミナ粒子の付着が確認されなかった場合には良（○）、アルミナ粒子の付着が確認された場合には不良（×）と評価した結果を表２の“洗浄性”欄に示す。
【００７３】
【表２】
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【００７４】
【表３】
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表１に示す結果からは、水熱反応に供される前のスラリーの電気伝導度及びｐＨの値が、得られるベーマイト粒子の物性に影響することが分かった。
【００７５】
表２に示す結果からは、核生成剤としてアルミナゾル又は硝酸アルミニウムを使用した場合、中でもアルミナゾルを使用した場合には、平均一次粒子径の比較的小さいアルミナ粒子が得られやすいことが分かった。なお、比較例５，６で得られたアルミナ粒子は、比較的小さい平均一次粒子径を有してはいるものの、スクラッチに関する評価及び異物の付着に関する評価が良好ではなかった。これは、アルミナ粒子の一次粒子の形状が六面体ではないためと考えられる。