(57)【要約】  本発明の板状アルミナ粉末の製法は、遷移アルミナとフッ化物とを、互いに接触しないように容器に入れ、熱処理することにより板状のα−アルミナ粉末を得るものである。遷移アルミナは、ギブサイト、ベーマイト及びγ−アルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。フッ化物の使用量は、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合が０．１７質量％以上となるように設定するのが好ましい。容器は、フッ化物中のＦの質量を容器の容積で除した値が６．５×１０-5ｇ／ｃｍ3以上になるものが好ましい。熱処理は、７５０〜１６５０℃で行うことが好ましい。熱処理は、容器の内外が通じるように容器を閉じたあと又は容器を密閉したあとに行うことが好ましい。
2017057322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギブサイト、ベーマイト及びγ−アルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移アルミナと、フッ化物とを用意し、前記フッ化物の使用量は、前記遷移アルミナに対する前記フッ化物中のＦの割合が０．１７質量％以上となるように設定し、容器として、前記フッ化物中のＦの質量を前記容器の容積で除した値が６．５×１０-5ｇ／ｃｍ3以上になるものを用意し、前記遷移アルミナと前記フッ化物とを互いに接触しないように前記容器に入れ、前記容器を閉じたあと７５０〜１６５０℃で熱処理することにより板状のα−アルミナ粉末を得る、
板状アルミナ粉末の製法。
【請求項２】
前記フッ化物としてＡｌとＦとの化合物を用いる、
請求項１に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【請求項３】
前記遷移アルミナに含まれるＡｌ，Ｏ，Ｆ，Ｈ，Ｃ，Ｓ以外の各元素の質量割合が１０ｐｐｍ以下である、
請求項１又は２に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【請求項４】
前記遷移アルミナに種結晶としてα−アルミナ粒子を添加する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【請求項５】
前記容器は９９．５質量％以上がアルミナである、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【請求項６】
前記熱処理の後に前記板状アルミナの解砕処理を行う、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【請求項７】
前記熱処理することにより得られた前記板状アルミナを大気、不活性又は真空の雰囲気下で５００〜１３５０℃でアニール処理する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【請求項８】
前記アニール処理の後に前記板状アルミナの解砕処理を行う、
請求項７に記載の板状アルミナ粉末の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状アルミナ粉末の製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、板状アルミナ粉末を原料の一部に用いて作製した配向アルミナ焼結体が開示されており、アルミナ焼結体を配向させることで耐食性、耐熱性が向上することが示されている。しかし、高い耐食性、耐熱性を得るには焼結体中の不純物を低減することが必要とされており、更なる特性向上には高純度な板状アルミナ粉末が求められている。【０００３】
一方、高純度、且つ緻密なアルミナ焼結体は透光性を有することが知られており、特許文献２には三斜晶、単斜晶、斜方晶、正方晶、三方晶又は六方晶の結晶構造を有するセラミックス多結晶体の透光性について開示されている。これによると、板状アルミナ粉末を原料の一部に用いて作製した配向アルミナ焼結体では、十分な耐熱性と高い直線透過率を実現できることが示されている。しかし、一般的にアルミナ焼結体で高い透光性を実現するにはアルミナ焼結体を高純度としなければならないことが知られており、高純度な板状アルミナ粉末が必要となる。板状アルミナ粉末の製法としては、例えば特許文献３〜６や非特許文献１に記載された方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９１６６６４号公報
【特許文献２】特開２００２−２９３６０９号公報
【特許文献３】特許第３７５９２０８号公報
【特許文献４】特許第４７４９３２６号公報
【特許文献５】特許第５２５５０５９号公報
【特許文献６】特許第３７４４０１０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J. Am. Ceram. Soc., 77[11]2977-84（1994)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３では、板状アルミナ粉末の製造時に添加物の影響等で不純物が残留するため、高純度な板状アルミナ粉末を得ることができなかった。また、特許文献４、５では、板状アルミナ粉末を合成した後、洗浄工程などで添加剤などを除去する手法が記載されているが、９９．９質量％以上の高純度を達成するには不十分であった。特許文献６では、遷移アルミナを焼成する際の雰囲気ガスに、取り扱いの厄介なハロゲンガスやハロゲン化水素ガスを導入する必要があった。一方、非特許文献１にはγ−アルミナ粉末又はベーマイト粉末とＨＦ溶液とを用いて板状アルミナ粉末を作製する手法が開示されているが、取り扱いの厄介なＨＦ溶液を用いる必要があった。また、非特許文献１の方法はγ−アルミナ粉末表面をＨＦ溶液で処理する工程を含んでおり、粉末処理量が多い場合はγ−アルミナ粉末の処理状態にばらつきを生じ、板状アルミナの粒径や形状に影響する可能性がある。このため、大量に板状アルミナ粉末を作製するには複数回に分けてＨＦ処理する必要があり、作業性や製造コスト的に問題があった。また、合成した板状アルミナ粉末には大きな凝集が含まれていることがあり、凝集のない粉末を得るには解砕処理を長時間行う必要があった。【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、取り扱いの厄介なガスや溶液を用いることなく、高純度の板状アルミナ粉末を簡便に得ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の板状アルミナ粉末の製法は、
ギブサイト、ベーマイト及びγ−アルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移アルミナと、フッ化物とを用意し、前記フッ化物の使用量は、前記遷移アルミナに対する前記フッ化物中のＦの割合が０．１７質量％以上となるように設定し、容器として、前記フッ化物中のＦの質量を前記容器の容積で除した値が６．５×１０-5ｇ／ｃｍ3以上になるものを用意し、前記遷移アルミナと前記フッ化物とを互いに接触しないように前記容器に入れ、前記容器を閉じたあと７５０〜１６５０℃で熱処理することにより板状のα−アルミナ粉末を得る、
ものである。【０００９】
本発明の板状アルミナ粉末の製法によれば、取り扱いの厄介なＨＦ溶液やハロゲンガス、ハロゲン化水素ガスを用いることなく、板状のα−アルミナ粒子である板状アルミナ粉末を高純度で簡便に得ることができる。【００１０】
この製法において、上述の遷移アルミナから板状のα−アルミナ粒子が得られる反応機構は不明だが、遷移アルミナとフッ化物との反応が関係していると考えられる。また、板状化、α化を進めるには、容器を閉じることにより、ある程度ガス成分を閉じ込められる状態で熱処理を行うことが必要であり、ガス成分が反応に寄与しているとも考えられる。このため、雰囲気中の水分や遷移アルミナに含まれる水分などから発生した水蒸気も反応に寄与した可能性も考えられる。これらの点から、熱処理雰囲気は大気中、あるいは不活性雰囲気中が好ましく、大気中が特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】板状のα−アルミナ粒子の模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【図２】実験例１で使用した実験装置の模式図。
【図３】実験例１で得られた粉末のＳＥＭ写真。
【図４】実験例１４で使用した実験装置の模式図。
【図５】実験例１５で使用した実験装置の模式図。
【図６】実験例１５で得られた粉末のＳＥＭ写真。
【図７】実験例１で得られた粉末の別視野のＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の板状アルミナ粉末の製法は、ギブサイト、ベーマイト及びγ−アルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種の遷移アルミナと、フッ化物とを用意し、前記フッ化物の使用量は、前記遷移アルミナに対する前記フッ化物中のＦの割合が０．１７質量％以上となるように設定し、容器として、前記フッ化物のＦの質量を前記容器の容積で除した値が６．５×１０-5ｇ／ｃｍ3以上になるものを用意し、前記遷移アルミナと前記フッ化物とを互いに接触しないように前記容器に入れ、前記容器を閉じたあと７５０〜１６５０℃で熱処理することにより板状のα−アルミナ粉末を得るものである。
【００１３】
本発明の製法において、遷移アルミナは、ギブサイト、ベーマイト及びγ−アルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種である。こうした遷移アルミナを用いることで、熱処理後に板状のα−アルミナ粒子が得られる。これらの代わりにバイヤライトを用いると、熱処理後に粒状のアルミナ粒子が混入したりδ−アルミナが混入したりする。遷移アルミナは、高純度なものを用いることが好ましい。こうすれば、熱処理後に高純度の板状アルミナ粉末が得られるからである。例えば、Ａｌ，Ｏ，Ｆ，Ｈ，Ｃ，Ｓ以外の各元素の質量割合は、１０００ｐｐｍ以下が好ましく、１００ｐｐｍ以下がより好ましく、１０ｐｐｍ以下が更に好ましい。
【００１４】
本発明の製法において、遷移アルミナは、種結晶としてα−アルミナ粒子が添加されていてもよい。こうすれば、熱処理の初期においてα−アルミナ粒子が核となってアルミナ粒子のα化が進行しやすくなり、得られる板状アルミナ粉末の粒径が均一になるからである。α−アルミナ粒子の粒径に依存して板状アルミナ粒子の厚みが決まる傾向にある。例えば、α−アルミナ粒子の平均粒径Ｄ５０を０．１〜１６μｍとしてもよい。また、α−アルミナ粒子の平均粒径が小さい方が板状アルミナ粒子のアスペクト比が大きくなる傾向にある。そのため、高アスペクト比の原料を合成するには、α−アルミナ粒子の平均粒径は０．５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ程度がより好ましい。大きな粒径を持つ板状アルミナを得る観点では、遷移アルミナとフッ化物との合計質量に外配で加えるα−アルミナ粒子の添加量は少ない方が良く、４．２質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がさらに好ましい。均一な粒径を持つ板状アルミナを得る観点ではα−アルミナ粒子の添加量は多い方が良く、０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がさらに好ましい。大粒径と粒径の均一性を両立する範囲として、α−アルミナ粒子の添加量は０．０１質量％から４．２質量％の範囲が好ましく、０．１質量％から１．５質量％の範囲がさらに好ましい。また、種結晶の添加量が多いほど板状アルミナ粒子の粒径が小さくなる傾向にある。そのため、板状アルミナ粒子の粒径を小さくする観点ではα−アルミナ粒子の添加量は多い方が良く、１質量％以上が好ましく、３質量％以上が好ましい。α−アルミナ粒子の添加量が多くなると、得られる板状アルミナ粒子のアスペクト比が小さくなるため、板状アルミナ粒子のアスペクト比を高くする観点では、α−アルミナ粒子の添加量は３０質量％以下にすることが好ましい。
【００１５】
なお、種結晶として板状アルミナ粒子を用いてもよい。予め板状化したα−アルミナを種結晶として用いることで、合成後の板状アルミナ粒子の板面粒径（長軸長）が大きくなり、アスペクト比を高めることができる。添加する板状アルミナ粒子の板面粒径、厚みに特に限定はないが、高アスペクト比の板状アルミナ粒子を得るには添加する種結晶も高アスペクト比の粉末を用いる方が好ましい。また、高純度な板状アルミナ粒子を得る観点では、種結晶として添加する板状アルミナ粒子も不純物元素が少ない方が好ましい。この点、本発明の方法で作製した板状アルミナ粒子を種結晶として添加することが好ましい。
【００１６】
本発明の製法において、フッ化物は、フッ素を含む化合物であれば特に限定されない。フッ化物としては、例えば、ＭｇＦ2やＣａＦ2などの第２族元素とＦとの化合物、ＹＦ3などの希土類元素とＦとの化合物、ＦｅＦ3等の遷移金属とＦとの化合物、ＡｌとＦとの化合物、フッ素のアンモニウム塩（ＮＨ4Ｆ）などが挙げられる。金属元素を含むフッ化物を用いる場合は融点が高い方が良く、融点が９００℃以上の化合物が好ましい。このようなフッ化物は蒸発しにくいため、合成される板状アルミナ中に不純物となる金属元素が混入しにくくなるからである。ＮＨ4Ｆのように金属元素を含まないフッ化物を用いる場合は、板状アルミナ粉末中に金属元素が不純物として混入しないため好ましい。これらの観点から、フッ化物のうち、希土類元素のフッ化物、ＡｌとＦとの化合物、ＮＨ4Ｆが好ましく、中でもＡｌとＦとの化合物が好ましく、ＡｌＦ3が特に好ましい。フッ化物の形態は、特に限定するものではなく、微粒でもよいし、フレーク状でもよいし、ファイバー状でもよいし、膜状でもよいし、バルク形態でもよい。
【００１７】
本発明の製法において、フッ化物の使用量は、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合が０．１７質量％以上となるように設定するのが好ましい。この割合が０．１７質量％未満では熱処理後に得られるアルミナ粒子が板状化しないからである。
【００１８】
本発明の製法において、容器としては、フッ化物中のＦの質量を容器の容積で除した値（以下、「Ｆ質量／容器容積」という）が６．５×１０-5ｇ／ｃｍ3以上になるものを用意する。Ｆ質量／容器容積が６．５×１０-5ｇ／ｃｍ3未満だと、熱処理したとしてもα−アルミナが得られないからである。Ｆ質量／容器容積は大きい方が板状のα−アルミナ粉末の粒子形状やアスペクト比等が均一となるため好ましい。Ｆ質量／容器容積の上限は特にないが、大きすぎるとＦを含有するガス成分の発生量が多くなり装置の腐食が進む可能性があり、装置寿命の観点では小さい方が好ましく、例えば１．４×１０-1ｇ／ｃｍ3以下が好ましく、１．４×１０-2ｇ／ｃｍ3以下がより好ましい。容器としては、例えば、一般的に使用されるるつぼやさやなどを使用可能である。
【００１９】
本発明の製法において、容器は、熱処理温度で揮発したりアルミナ成分やＦ成分と反応したりする成分が含まれていることは好ましくない。また、容器を構成する材料中に、Ｆ成分（例えばＡｌＦ3ガス）と反応して昇華するものが含まれていたり、フッ化物の沸点が低い元素が含まれていたりすることも好ましくない。このため、容器を構成する材料は、Ａｌ，Ｏ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｎ，Ｒｅ（Ｒｅ：希土類元素）以外の元素の合計が１質量％以下であることが好ましい。こうすれば、熱処理後に得られる板状アルミナ粉末に容器由来の不純物元素が混入しにくく、高純度品が得られるからである。純度を一層高くするには、上述した元素の合計が０．５質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ、ＲｅはＦ成分と反応してフッ化物が生じたとしても、沸点が高く昇華しづらい。しかし、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｒｅはアルミナ成分と反応する可能性があるため、混合粉末をアルミナ製のセッター上に設置するなど、容器と原料粉末とが直接接触しないように工夫する必要がある。このため、こうした容器の材質としては、純度９９質量％以上のＡｌ2Ｏ3が好ましく、９９．５質量％以上のＡｌ2Ｏ3がより好ましく、９９．９質量％以上のＡｌ2Ｏ3が更に好ましい。
【００２０】
本発明の製法において、遷移アルミナとフッ化物とは互いに接触しないように容器に入れる。このときの入れ方は、両者が接触しなければよく、特に限定されない。例えば、大型容器の中に遷移アルミナを入れた小型容器を入れ、大型容器のうち小型容器の周囲にフッ化物を入れてもよい。あるいは、大型容器の中に遷移アルミナを入れた小型容器とフッ化物を入れた別の小型容器を入れてもよい。その場合、両方の小型容器を大型の容器の底面に並べてもよいし、一方の小型容器の上に他方の小型容器を積み上げてもよい。あるいは、一つの容器の中に遷移アルミナとフッ化物とを接触しないように配置してもよい。遷移アルミナとフッ化物を互いに接触しないようにして熱処理することで、凝集が少ない板状粉末を得ることができる。また、不純物が多いフッ化物やＡｌ以外の元素を含むフッ化物を用いる場合にも高純度な板状粉末を得ることができる。凝集が少なくなる理由は不明だが、遷移アルミナとフッ化物を接触させて熱処理するとフッ化物の周辺に凝集が生じやすいと考えられる。
【００２１】
本発明の製法において、遷移アルミナとフッ化物とを接触しないように容器に入れた容器を閉じたあと熱処理する。板状化及びα化を進めるには、容器を閉じることが必要である。容器を閉じる際には、密閉してもよいし、密閉しなくてもよい。例えば、容器としてさやを用いる場合には、さやにセッター（蓋）を被せて閉じてもよい。この場合、容器の内外が通じるように閉じられるため、容器は密閉されない。あるいは、容器として多孔質材料製のものを用いる場合には、遷移アルミナとフッ化物とをその容器に閉じ込めてもよい。この場合、容器の多孔質材料製の壁を介して容器の内外は通じた状態となるため、容器は密閉されない。あるいは、緻密質の容器を用いてその容器の口をパッキン付きの蓋で塞いだり、金属製容器を用いてその口を溶接等で封止してもよい。これらの場合、容器は密閉される。容器が密閉されると、熱処理時に発生するガスにより容器の内圧が高まるため、耐圧性を高める必要がある。このため、作業性や製造コスト上の観点では、容器を密閉するよりも、容器を密閉せずに（つまり容器の内外が通じるように）閉じるのが好ましい。
【００２２】
本発明の製法において、熱処理によって得られたα−アルミナ粒子が板状か否かは、そのアルミナ粒子のアスペクト比によって判定した。すなわち、アスペクト比が３以上の場合に板状であると判定し、３未満の場合に板状でないと判定した。ここで、アスペクト比とは平均粒径／平均厚み、平均粒径とは粒子板面の長軸長の平均値、平均厚みとは粒子の短軸長（厚み）の平均値である。
【００２３】
本発明の製法において、熱処理温度は７５０〜１６５０℃に設定する。熱処理温度が７５０℃未満では、熱処理後にγ−アルミナが残存することがあるため好ましくない。熱処理温度が１６５０℃を超えると、得られる粉末のアスペクト比が３未満となるため好ましくない。熱処理温度は８５０〜１３５０℃が好ましく、８５０〜１２００℃が更に好ましく、８５０〜１１００℃が最も好ましい。
【００２４】
本発明の製法において、熱処理により得られた板状アルミナの解砕処理を行ってもよい。こうすれば、板状のα−アルミナ粒子が凝集して塊状体になったものを解砕することができる。例えば板状アルミナ粉末を配向アルミナを作製する原料として用いる場合、適切な形状の板状アルミナ粉末を提供することができる。解砕方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ボールミルやビーズミル、振動ミル、ジェットミル、ハンマーミル、ピンミル、バルベライザー、石臼式粉砕機、湿式微粒化装置、その他気流粉砕機や機械式粉砕機等が挙げられる。
【００２５】
本発明の製法において、熱処理により得られた板状アルミナ粉末を大気、不活性又は真空の雰囲気下で５００〜１３５０℃でアニール処理してもよい。ここで「真空」とは、大気圧より減圧された圧力を意味する。アニール処理時に大気、不活性ガス等を流してもよい。このようなアニール処理を行うことにより、熱処理により得られた板状アルミナ粉末に残留した不純物元素、特にＦの濃度を更に低くしたりゼロにしたりすることができる。アニール処理の温度が５００℃未満では、アニール処理の前後で板状アルミナ粒子のＦ濃度がほとんど変わらないため好ましくない。アニール処理の温度が１３５０℃を超えると、板状アルミナ粒子の周囲が溶融したり、板状アルミナ粒子同士が焼結してアスペクト比が低くなりすぎるため、好ましくない。Ｆの濃度を効率的に低下させ、且つ板状アルミナ粒子の形状を維持するには、アニール処理の温度は、７００〜１２５０℃が好ましく、８００〜１２００℃がより好ましく、９００〜１１５０℃が更に好ましい。なお、アニール時に用いる容器は、板状アルミナ粒子の作製時に用いる容器と同様の材質からなるものが好ましく、Ｆなどの不純物元素が揮発しやすいように蓋がないものが好ましい。特に不純物元素抑制の観点からは純度９９質量％以上のＡｌ2Ｏ3が好ましく、９９．５質量％以上のＡｌ2Ｏ3がより好ましい。
【００２６】
こうしたアニール処理の後に板状アルミナの解砕処理を行ってもよい。こうすれば、板状のα−アルミナ粒子が凝集して塊状体になったものを解砕することができる。例えば板状アルミナ粉末を配向アルミナを作製する原料として用いる場合、配向アルミナを作製する原料として適切な形状の板状アルミナ粉末を提供することができる。解砕方法は、特に限定されるものではなく、例えば、開口径１０〜１００μｍのメッシュやスクリーンに押し当てて解砕する方法やボールミル、ビーズミル、振動ミル、ジェットミル、ハンマーミル、ピンミル、バルベライザー、石臼式粉砕機、湿式微粒化装置、その他気流粉砕機や機械式粉砕機等が挙げられる。
【００２７】
本発明の製法によれば、以下のような板状アルミナ粉末を得ることができる。すなわち、板状アルミナ粉末を構成する板状のα−アルミナ粒子が、ｃ軸に直交する結晶面が平板状に成長しており、平均粒径Ｄ５０が０．３〜５０μｍ、板面の粒径／厚みで表されるアスペクト比が３〜５００の板状アルミナ粉末を作製することができる。こうした板状アルミナ粉末は、配向アルミナ焼結体を作製するのに適しており、例えばテープ成形や押出成形、鋳込み成形で障害になることはない。また、板状アルミナ粉末は、Ａｌ，Ｏ，Ｈ，Ｆ，Ｃ，Ｓ以外の各元素の質量割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
本発明の製法で得られる板状アルミナ粉末を用いて透明アルミナを作製することができる。透明アルミナ基板の作製において、原料中に含まれるＦの仕込量によって焼結挙動が異なり、得られる焼結体の配向度や透光性、緻密度などの特性も異なる。このため、透明アルミナ基板を作製する場合は仕込み組成等を勘案し、板状アルミナ粉末に残留するＦ量を適正値に制御する必要がある。
【００２９】
本発明の製法で得られる板状アルミナ粉末中のＦ量は、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を制御することや、熱処理温度を制御することや、得られた板状粉末をアニール処理することで制御可能である。例えば、Ｆ量を多く含有する板状アルミナは、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を大きくして熱処理することや、熱処理温度を低くすることで得られる。一方、含有するＦ量の少ない板状アルミナは、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を小さくして熱処理することや、熱処理温度を高くすることや、得られた板状アルミナをアニール処理することで得られる。
【００３０】
遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を制御することで、得られる板状アルミナの粒径、粒子厚さ、凝集量を制御できる。粒径を大きくするという観点では、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を大きくすることが好ましい。一方、粒子厚さを厚くし、凝集量を少なくするという観点では、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を小さくすることが好ましい。フッ化物としてＡｌＦ3を用いる場合、粒径を大きくするという観点では、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合は大きい方が良く、０．７質量％以上が好ましく、２．７質量％以上がさらに好ましい。ただし、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合を２．７質量％以上に増やしても、粒径を大きくする効果が小さくなる場合がある。粒子厚さを厚くし、凝集量を少なくするという観点では、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合は小さい方が良く、２．７質量％以下が好ましく、１．８質量％以下がさらに好ましい。ただし、板状アルミナのアスペクト比を３以上に保つには、０．１７質量％以上が必要である。大粒径、高アスペクト比を両立し、凝集量を少なくする範囲として、遷移アルミナに対するフッ化物中のＦの割合は０．７質量％から２．７質量％の範囲が好ましく、１．０質量％から２．０質量％の範囲がさらに好ましい。
【実施例】
【００３１】
１．アルミナ粉末の評価方法
（１）粒径・厚み・アスペクト比
下記２．の各実験例で得た板状アルミナ粉末に含まれる粒子の平均粒径、平均厚み、アスペクト比は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板状アルミナ粉末中の任意の粒子１００個を観察して決定した。平均粒径は、粒子板面の長軸長の平均値、平均厚みは、粒子の短軸長（厚み）の平均値、アスペクト比は平均粒径／平均厚みを算出したものである。板状のα−アルミナ粒子の模式図を図１に示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図である。板状のα−アルミナ粒子は、平面視したときの形状が略六角形状であり、その粒径は図１（ａ）に示したとおりであり、厚みは図１（ｂ）に示したとおりである。【００３２】
（２）純度
各実験例で得た板状アルミナ粉末に含まれる元素を下記の方法にて定量分析した。
Ｃ，Ｓ：炭素・硫黄分析装置（ＬＥＣＯ製  ＣＳ８４４）を用いて燃焼（高周波加熱）−赤外線吸収法にて分析した。
Ｎ：酸素・窒素分析装置（堀場製作所製  ＥＭＧＡ−６５０Ｗ）を用いて、不活性ガス融解−熱伝導度法にて分析した。
Ｈ：水素分析装置（堀場製作所製  ＥＭＧＡ−９２１）にて不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法にて分析した。
Ｆ：アルカリ融解−イオンクロマトグラフ法にて分析した。白金るつぼ中で板状アルミナ粉末０．１〜１重量部に対し、無水炭酸ナトリウム１〜３重量部を加えて均一になるようによくかき混ぜた後、加熱、融解した。放冷後、融成物をるつぼごと温水の入ったビーカーに入れて加温し、可溶性塩を完全に溶解した。得られた水溶液をイオンクロマトグラフィー（サーモフィッシャーサイエンス製ＩＣ−５０００）にて分析した。
上記以外の不純物元素（主にＳｉ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｋ，Ｐ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃｌ，Ｓｃ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｒｂ，Ｓｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｃｓ，Ｂａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｇ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）：ＪＩＳＲ１６４９に準拠した加圧硫酸分解法にて板状アルミナ粉末を溶解し、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析装置（日立ハイテクサイエンス製  ＰＳ３５２０ＵＶ−ＤＤ）にて分析した。【００３３】
（３）結晶相
各実験例で得た板状アルミナ粉末の結晶相は、Ｘ線回折装置（ＢＲＵＫＥＲ製、Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を用いて２θ／θ測定によって得たＸ線回折スペクトルから同定した。ここでは、ＣｕＫα線を用いて、管電流４０ｍＡ、管電圧４０ｋＶという条件で、２θ／θ＝２０°〜７０°で測定した。【００３４】
（４）種結晶の平均粒径（Ｄ５０）
種結晶の平均粒径（Ｄ５０）は粒度分布測定装置（日機装製、ＭＴ３３００II）を用いて測定した。【００３５】
（５）凝集の有無
凝集の有無は、上記１．（１）と同様、ＳＥＭで板状アルミナ粉末中の粒子を観察して決定した。凝集とは、板状粒子が板状形状を保ったまま、板状粒子同士が固着する状態であり、物理的、化学的に結合した状態を指す。ネッキングなども含まれる。【００３６】
２．実験例
（１）実験例１
高純度γ−アルミナ粉末（ＴＭ−３００Ｄ、大明化学製）５５ｇを、純度９９．９質量％の高純度アルミナ製のさやＡ（容積１７０ｃｍ3）に入れ、さやＡを純度９９．９質量％の高純度アルミナ製のさやＢ（容積８４０ｃｍ3）内に配置した。使用した高純度γ−アルミナの純度を評価したところ、Ａｌ，Ｏ，Ｆ，Ｈ，Ｃ，Ｓ以外の各不純物元素は質量割合で１０ｐｐｍ以下であった。高純度ＡｌＦ3粉末（関東化学製、鹿特級）２．２ｇをさやＢに入れ、純度９９．９質量％の高純度アルミナ製の蓋をして電気炉内でエアフロー中、９００℃、４時間熱処理してアルミナ粉末を得た。エアの流量は２５０００ｃｃ／ｍｉｎとした。さやＢを蓋で閉じた際、さやＢは密閉されていない状態であった。図２にこのときの実験装置の模式図を示す。遷移アルミナであるγ−アルミナに対するフッ化物であるＡｌＦ3中のＦの質量割合（＝Ｆ使用割合）は２．７質量％であった。また、ＡｌＦ3中のＦの質量をさやＢの容積（容器容積）で除した値（＝Ｆ質量／容器容積）は０．００１８ｇ／ｃｍ3であった。【００３７】
得られた粉末に含まれる粒子をＳＥＭにて観察したところ、板面の平均粒径は５．５μｍ、平均厚さは０．２μｍ、アスペクト比は２７．５であった。この粉末中のＡｌ，Ｏ，Ｆ，Ｈ，Ｃ，Ｓ以外の不純物元素を評価したところ、各不純物元素は質量割合で１０ｐｐｍ以下であり、Ｆは１４５００ｐｐｍ、Ｃは＜１００ｐｐｍ、Ｓは２００ｐｐｍであった。なお、ｐｐｍは質量割合を示す。結晶相は、α−アルミナであった。図３に実験例１で得られた粉末のＳＥＭ写真を示す。また、図７に実験例１で得られた粉末の別視野のＳＥＭ写真を示す。【００３８】
実験例１の合成条件及び合成した粉末の特性を表１に示した。また、以下の実験例２以降の合成条件及び合成した粉末の特性も表１に合わせて示した。表１において、「不純物」とは、Ａｌ，Ｏ，Ｈ，Ｆ，Ｃ，Ｓ以外の元素を指す。「Ｆ含有量」は、合成した粉末全体に対するＦの質量割合を示す。【００３９】
（２）実験例２
熱処理温度を７００℃にした以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末の結晶相は、γ−アルミナとα−アルミナが混在していた。【００４０】
（３）実験例３
熱処理温度を７５０℃にした以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００４１】
（４）実験例４
熱処理温度を１６５０℃にした以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００４２】
（５）実験例５
熱処理温度を１７００℃にした以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末を構成する粒子は、アスペクト比が２．５しかないα−アルミナ粒子であった。【００４３】
（６）実験例６
高純度γ−アルミナ粉末に代えて、ギブサイト粉末（ＣＬ−３０３、住友化学製）を用いたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。得られた板状アルミナ粉末にはＦｅが１２０ｐｐｍ、Ｎａが３１０ｐｐｍ、Ｃａが４０ｐｐｍ含まれており、それ以外の各不純物元素は１０ｐｐｍ以下であった。【００４４】
（７）実験例７
高純度γ−アルミナ粉末に代えて、ベーマイト粉末（ＶＫ−ＢＧ６１３、宣城晶瑞新材料有限公司製）を用いたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。得られた板状アルミナ粉末にはＦｅが６０ｐｐｍ、Ｓｉが６０ｐｐｍ含まれており、それ以外の各不純物元素は１０ｐｐｍ以下であった。【００４５】
（８）実験例８
高純度γ−アルミナ粉末１００質量部と、種結晶として高純度α−アルミナ粉末（ＴＭ−ＤＡＲ、大明化学製、Ｄ５０＝０．１μｍ）０．１７質量部とを、株式会社カワタ製の混合機ＳＭＰ−２を用いて、３０００ｒｐｍで１．５分間乾式混合したものを用いたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００４６】
（９）実験例９
高純度ＡｌＦ3粉末の使用量を０．１ｇにしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。このときのＦ使用割合は０．１２質量％、Ｆ質量／容器容積は０．００００８ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は結晶相がγ−アルミナのままであった。【００４７】
（１０）実験例１０
高純度ＡｌＦ3粉末の使用量を０．１４ｇにしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。このときのＦ使用割合は０．１７質量％、Ｆ質量／容器容積は０．０００１ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００４８】
（１１）実験例１１
高純度ＡｌＦ3粉末の使用量を１０ｇにしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。このときのＦ使用割合は１２．３質量％、Ｆ質量／容器容積は０．００８ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００４９】
（１２）実験例１２
高純度γ−アルミナ粉末の使用量を１．７ｇ、高純度ＡｌＦ3粉末の使用量を０．０６７ｇにしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。このときのＦ質量／容器容積は０．００００５４ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は結晶相がγ−アルミナのままであった。【００５０】
（１３）実験例１３
高純度γ−アルミナ粉末の使用量を２．１ｇ、高純度ＡｌＦ3粉末の使用量を０．０８４ｇにしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。このときのＦ質量／容器容積は０．００００６８ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００５１】
（１４）実験例１４
図４に示すように、さやＡを用いず、高純度γ−アルミナ粉末と高純度ＡｌＦ3粉末をさやＢ内に互いに接触しないに配置したこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００５２】
（１５）実験例１５
高純度γ−アルミナ粉末と高純度ＡｌＦ3粉末とを実験例１と同様に秤量し、これらをイソプロピルアルコールを溶媒としてφ２ｍｍのアルミナボールを用いて５時間ポットミルで混合した。得られた混合物をさやＢに入れて蓋をして、電気炉内でエアフロー中、９００℃、３時間熱処理してアルミナ粉末を得た。エアの流量は２５０００ｃｃ／ｍｉｎとした。図５にこのときの実験装置の模式図を示す。Ｆ質量／容器容積は０．００１８ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。そのＳＥＭ写真を図６に示す。このように、遷移アルミナ粉末とフッ化物粉末とを混合した混合粉末を用いた場合でも、板状アルミナ粉末が得られた。なお、実験例１５の粉末（図６参照）と実験例１の粉末（図７参照）とを比べると、実験例１５の粉末の方が多く凝集していた。このことから、遷移アルミナ粉末とフッ化物粉末とを混合した混合粉末を熱処理した場合に比べて、遷移アルミナとフッ化物を互いに接触しないようにして熱処理した方が凝集の少ない板状粉末を得ることができることがわかった。【００５３】
（１６）実験例１６
熱処理後に純度９９．９質量％のアルミナ製さやに入れ、大気中、４５０℃で４０時間アニール処理をしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、実験例１と同等の板状アルミナ粉末であった。【００５４】
（１７）実験例１７
アニール条件を大気中５００℃で２００時間とした以外は実験例１６と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例１，１６と比べて、アスペクト比及び不純物量が同等でＦ含有量が少ない板状アルミナ粉末であった。【００５５】
（１８）実験例１８
アニール条件を大気中９００℃で３時間とした以外は実験例１６と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例１，１６と比べて、アスペクト比及び不純物量が同等でＦ含有量が少ない板状アルミナ粉末であった。【００５６】
（１９）実験例１９
アニール条件を大気中１３５０℃で４３時間とした以外は実験例１６と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例１，１６と比べて、不純物量が同等でアスペクト比が小さくＦ含有量が極めて少ない板状アルミナ粉末であった。【００５７】
（２０）実験例２０
アニール条件を大気中１４００℃で４３時間とした以外は実験例１６と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例１，１６と比べて、不純物量が同等でＦ含有量が極めて少なかったが、アスペクト比が２．９しかないα−アルミナ粒子であった。【００５８】
（２１）実験例２１
熱処理時に蓋をしなかったこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、結晶相がγ−アルミナのままであった。【００５９】
（２２）実験例２２
高純度ＡｌＦ3粉末（関東化学製、鹿特級）の代わりにＡｌＦ3粉末（森田化学製、ＭＢ−ＡｌＦ3）を用いたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。使用したＡｌＦ3粉末の純度を評価したところ、Ｃａが４００ｐｐｍ、Ｎａが８００ｐｐｍ含まれており、それ以外の各不純物元素は１０ｐｐｍ以下であった。得られた粉末のＡｌ，Ｏ，Ｈ，Ｆ，Ｃ，Ｓ以外の各元素の質量割合は１０ｐｐｍ以下であった。このように低純度のＡｌＦ3粉末を用いた場合でも、高純度の板状アルミナ粉末が得られた。【００６０】
（２３）実験例２３
高純度ＡｌＦ3粉末の使用量を１．２１ｇにしたこと以外は実験例１と同様にして実験を行った。このときのＦ使用割合は１．５質量％、Ｆ質量／容器容積は０．００１０ｇ／ｃｍ3であった。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。【００６１】
（２４）実験例２４
熱処理後に純度９９．９質量％のアルミナ製さやに入れ、大気中、９００℃で３時間アニール処理をしたこと以外は実験例２３と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例２３と比べて、アスペクト比及び不純物量が同等でＦ含有量が少ない板状アルミナ粉末であった。【００６２】
（２５）実験例２５
アニール条件を大気中１１５０℃で４３時間とした以外は実験例１６と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例１，１６と比べて、アスペクト比がやや小さく、不純物量が同等でＦ含有量が極めて少ない板状アルミナ粉末であった。【００６３】
（２６）実験例２６
熱処理後に純度９９．９質量％のアルミナ製さやに入れ、大気中、９００℃で３時間アニール処理をしたこと以外は実験例８と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例８と比べて、アスペクト比及び不純物量が同等でＦ含有量が少ない板状アルミナ粉末であった。【００６４】
（２７）実験例２７
アニール条件を大気中１１５０℃で４３時間とした以外は実験例２６と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。具体的には、実験例８と比べて、アスペクト比がやや小さく、不純物量が同等でＦ含有量が極めて少ない板状アルミナ粉末であった。【００６５】
（２８）実験例２８
高純度ＡｌＦ3粉末（関東化学製、鹿特級）の代わりにＡｌＦ3粉末（森田化学製、ＭＢ−ＡｌＦ3）を用いたこと以外は実験例１５と同様にして実験を行った。得られた粉末は、板状のα−アルミナ粒子で構成された板状アルミナ粉末であった。得られた板状アルミナ粉末にはＣａが１６ｐｐｍ、Ｎａが３２ｐｐｍ含まれており、それ以外の各不純物元素は１０ｐｐｍ以下であった。【００６６】
【表１】
2017057322.tif 000003
【００６７】
上述した実験例２，９，１２，１５，２１，２８を除く全ての板状アルミナ粉末をポットミルで解砕したところ、粉末の凝集がなくなった。実験例１５，２８は凝集が残留した。実験例１５，２８の板状粉末の凝集を取り除くには、ポットミルの解砕条件を強化し、且つ長時間解砕する必要があった。【００６８】
なお、実験例１〜２８のうち、本発明の実施例に相当するのは、実験例２，５，９，１２，１５，２０，２１，２８を除く２０例である。実験例２０は、熱処理後にアニール処理を実施した例であり、アニール処理を実施する前までは実験例１と同じであるため本発明の実施例に相当するが、アニール処理を実施した後はアスペクト比が３未満になるため本発明の実施例から外れる。本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施することができる。【００６９】
本出願は、２０１５年９月３０日に出願された日本国特許出願第２０１５−１９３９４２号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の製法で得られる板状アルミナ粉末を用いて透明アルミナを作製することができる。
【図１】
2017057322.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月28日(2017.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の製法において、遷移アルミナは、種結晶としてα−アルミナ粒子が添加されていてもよい。こうすれば、熱処理の初期においてα−アルミナ粒子が核となってアルミナ粒子のα化が進行しやすくなり、得られる板状アルミナ粉末の粒径が均一になるからである。α−アルミナ粒子の粒径に依存して板状アルミナ粒子の厚みが決まる傾向にある。例えば、α−アルミナ粒子の平均粒径Ｄ５０を０．１〜１６μｍとしてもよい。また、α−アルミナ粒子の平均粒径が小さい方が板状アルミナ粒子のアスペクト比が大きくなる傾向にある。そのため、高アスペクト比の板状アルミナ粒子を合成するには、α−アルミナ粒子の平均粒径は０．５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ程度がより好ましい。大きな粒径を持つ板状アルミナを得る観点では、遷移アルミナとフッ化物との合計質量に外配で加えるα−アルミナ粒子の添加量は少ない方が良く、４．２質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がさらに好ましい。均一な粒径を持つ板状アルミナを得る観点ではα−アルミナ粒子の添加量は多い方が良く、０．０１質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がさらに好ましい。大粒径と粒径の均一性を両立する範囲として、α−アルミナ粒子の添加量は０．０１質量％から４．２質量％の範囲が好ましく、０．１質量％から１．５質量％の範囲がさらに好ましい。また、種結晶の添加量が多いほど板状アルミナ粒子の粒径が小さくなる傾向にある。そのため、板状アルミナ粒子の粒径を小さくする観点ではα−アルミナ粒子の添加量は多い方が良く、１質量％以上が好ましく、３質量％以上が好ましい。α−アルミナ粒子の添加量が多くなると、得られる板状アルミナ粒子のアスペクト比が小さくなるため、板状アルミナ粒子のアスペクト比を高くする観点では、α−アルミナ粒子の添加量は３０質量％以下にすることが好ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
得られた粉末に含まれる粒子をＳＥＭにて観察したところ、板面の平均粒径は５．５μｍ、平均厚さは０．２μｍ、アスペクト比は２７．５であった。この粉末中のＡｌ，Ｏ，Ｆ，Ｈ，Ｃ，Ｓ以外の不純物元素を評価したところ、各不純物元素は質量割合で１０ｐｐｍ以下であり、Ｆは１４５００ｐｐｍ、Ｃは１００ｐｐｍ、Ｓは２００ｐｐｍであった。なお、ｐｐｍは質量割合を示す。結晶相は、α−アルミナであった。図３に実験例１で得られた粉末のＳＥＭ写真を示す。また、図７に実験例１で得られた粉末の別視野のＳＥＭ写真を示す。
【国際調査報告】
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