(57)【要約】【課題】低コストかつ短時間で平均粒径１０μｍ以下の粒子からなる酸化マグネシウム粉末を生成でき、かつ不純物の混入を回避できる酸化マグネシウム粉末およびその製造方法を提供する。【解決手段】小径粒子からなる酸化マグネシウム粉末の製造方法であって、酸化マグネシウム原料粉末を水と混合し、スラリーを生成する工程と、スラリーを高温高圧化し、スラリー中で酸化マグネシウム原料粉末と水とを水熱合成させて水酸化マグネシウムを生成する工程と、水熱合成させて得られたスラリーを吸引ろ過し、ろ過の残留物を乾燥させる工程と、乾燥させた残留物を焼成し、水酸化マグネシウムを熱分解させて酸化マグネシウム粉末を生成する工程と、含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径粒子からなる酸化マグネシウム粉末の製造方法であって、
酸化マグネシウム原料粉末を水と混合し、スラリーを生成する工程と、
前記スラリーを高温高圧化し、前記スラリー中で前記酸化マグネシウム原料粉末と水とを水熱合成させて水酸化マグネシウムを生成する工程と、
前記水熱合成させて得られたスラリーを吸引ろ過し、前記ろ過の残留物を乾燥させる工程と、
前記乾燥させた残留物を焼成し、前記水酸化マグネシウムを熱分解させて酸化マグネシウム粉末を生成する工程と、を含むことを特徴とする酸化マグネシウム粉末の製造方法。
【請求項２】
前記スラリーは、２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の濃度で生成し、
前記高温高圧化では、前記スラリーを１５０℃以上に加熱しつつ、０．８０ＭＰａ以上で加圧した状態を１時間以上保持することを特徴とする請求項１記載の酸化マグネシウム粉末の製造方法。
【請求項３】
前記焼成では、前記残留物を７００℃以上１２００℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項１または請求項２記載の酸化マグネシウム粉末の製造方法。
【請求項４】
前記酸化マグネシウム原料粉末は、純度９０ｗｔ％以上で平均粒径２０μｍ以上３０μｍ以下の粒子からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の酸化マグネシウム粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小径粒子からなる酸化マグネシウム粉末およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化マグネシウムは、熱伝導性が高く（４５〜６０Ｗ／ｍ・ｋ）、電気絶縁性に優れた材料で、工業的には半導体向けの放熱部品用のフィラーとして使用されることがある。例えば、特許文献１には、塩基性硫酸マグネシウムから製造される柱状酸化マグネシウム粒子を熱伝導性フィラーとして用いることが記載されている。また、特許文献２には、集積回路（ＩＣ）の封止材あるいは回路基板の材料に用いることができる球形の酸化マグネシウム粒子が記載されている。
【０００３】
しかし、例えば、特許文献１、２記載の酸化マグネシウムは、高価な原料を他の物質と混合して焼成して製造されるため、製造コストがかかる。これに対し、鉱物系原料の酸化マグネシウムをフィラーに用いるとコスト面では好ましいが、そのままでは粒径が大き過ぎるため、１０μｍ以下に小径化する必要がある。鉱物系原料は、ボールミル等で粉砕することで小径化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１４２２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように鉱物系原料の酸化マグネシウムを用いるのは好ましいが、粉砕して小径粒子とするためには長時間が必要となる。また、粉砕用のボール由来の不純物が酸化マグネシウム粉末に混入するため、酸化マグネシウムの純度が低下する。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストかつ短時間で平均粒径１０μｍ以下の粒子からなる酸化マグネシウム粉末を生成でき、かつ不純物の混入を回避できる酸化マグネシウム粉末およびそ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】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の酸化マグネシウム粉末の製造方法は、小径粒子からなる酸化マグネシウム粉末の製造方法であって、酸化マグネシウム原料粉末を水と混合し、スラリーを生成する工程と、前記スラリーを高温高圧化し、前記スラリー中で前記酸化マグネシウム原料粉末と水とを水熱合成させて水酸化マグネシウムを生成する工程と、前記水熱合成させて得られたスラリーを吸引ろ過し、前記ろ過の残留物を乾燥させる工程と、前記乾燥させた残留物を焼成し、前記水酸化マグネシウムを熱分解させて酸化マグネシウム粉末を生成する工程と、を含むことを特徴としている。
【０００８】
このように、水熱合成で得られた水酸化マグネシウムを熱分解させて酸化マグネシウム粉末を生成することで、低コストかつ短時間で平均粒径１０μｍ以下の粒子からなる酸化マグネシウム粉末を生成できる。また、これらの工程では、不純物の混入を回避でき、出発原料からの純度低下を０．０５％以下に抑えることができる。
【０００９】
（２）また、本発明の酸化マグネシウム粉末の製造方法は、前記スラリーが、２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の濃度で生成し、前記高温高圧化では、前記スラリーを１５０℃以上に加熱しつつ、０．８０ＭＰａ以上で加圧した状態を１時間以上保持することを特徴としている。これにより、原料粉末の水熱合成を十分に進行させ、中間躯体の水酸化マグネシウムを生成できる。
【００１０】
（３）また、本発明の酸化マグネシウム粉末の製造方法は、前記焼成で、前記残留物を７００℃以上１２００℃以下の温度に加熱することを特徴としている。これにより、中間躯体である水酸化マグネシウムの脱水反応を進行させて酸化マグネシウム粒子を形成するとともに、その融解を抑止して酸化マグネシウム粉末を生成できる。
【００１１】
（４）また、本発明の酸化マグネシウム粉末の製造方法は、前記酸化マグネシウム原料粉末が、純度９０ｗｔ％以上で平均粒径２０μｍ以上３０μｍ以下の粒子からなることを特徴としている。これにより、酸化マグネシウム原料粉末を十分に水熱合成でき、小径粒子を容易に生成できる。また、高純度を維持しつつ小径粒子を生成できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低コストかつ短時間で平均粒径１０μｍ以下の粒子からなる酸化マグネシウム粉末を生成でき、かつ不純物の混入を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の酸化マグネシウム粉末の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】（ａ）〜（ｃ）それぞれ原料、中間躯体および製造物のＸＲＤ測定結果を示すグラフである。
【図３】原料および製造物の組成を示す表である。
【図４】（ａ）、（ｂ）それぞれ原料および製造物を示すＳＥＭ写真である。
【図５】実施例および比較例の製造条件を示す表である。
【図６】実施例および比較例の構成および特性を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
［酸化マグネシウム粉末の製造方法］
図１は、本発明の酸化マグネシウム粉末の製造方法を示すフローチャートである。図１に沿って、酸化マグネシウム粉末の製造方法を説明する。まず、鉱物系の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）原料粉末を準備する。鉱物系の酸化マグネシウム原料粉末には、例えば炭酸マグネシウムまたは水酸化マグネシウムを主成分とする鉱物を５５０〜１４００℃で焼成して得た軽焼マグネシアの一部を水和したものを用いることができる。炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物の例としては、マグネサイト、ドロマイト等が挙げられる。
【００１６】
次に、酸化マグネシウム原料粉末を水と混合し、スラリーを生成する（工程Ｐ１）。混合する水は、蒸留水を用いることができる。酸化マグネシウム原料粉末は、平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以上３０μｍ以下の粒子からなる粉末を用いることが好ましい。そうすることで、酸化マグネシウム原料粉末を十分に水熱合成でき、小径粒子を容易に生成できる。また、スラリーは、２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の濃度で生成することが好ましい。スラリー濃度を２ｗｔ％以上にすることで、溶解せずに粉末の生成物が得られ、２０ｗｔ％以下にすることで原料粉末粒子の残留を抑止できる。
【００１７】
得られたスラリーは高温高圧化し、スラリー中で酸化マグネシウム原料粉末と水とを水熱合成させて水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を生成する（工程Ｐ２）。高温高圧化の工程では、スラリーを１５０℃以上に加熱しつつ、０．８０ＭＰａ以上で加圧した状態を１時間以上保持することが好ましい。これにより、原料粉末の水熱合成を十分に進行させることができる。
【００１８】
次に、水熱合成させて得られたスラリーを吸引ろ過し、ろ過の残留物を乾燥させる（工程Ｐ３）。乾燥させた残留物として中間躯体の水酸化マグネシウムが得られる（工程Ｐ４）。そして、乾燥させた残留物を焼成し、水酸化マグネシウムを熱分解させ、加熱脱水する（工程Ｐ５）。
【００１９】
焼成工程では、残留物を７００℃以上１２００℃以下の温度に加熱することが好ましい。これにより、中間躯体である水酸化マグネシウムの脱水反応を進行させて酸化マグネシウム粒子を形成するとともに、その融解を抑止して酸化マグネシウム粉末を生成できる。
【００２０】
このようにして、小径粒子からなる酸化マグネシウム粉末を生成できる（工程Ｐ６）。鉱物系の酸化マグネシウム原料粉末を水熱合成し、得られた水酸化マグネシウムを熱分解させることで、低コストかつ短時間で平均粒径（Ｄ５０）が１０μｍ以下の粒子からなる酸化マグネシウム粉末を生成できる。
【００２１】
また、上記の工程では、ボールミル等による粉砕を行なわないため、不純物の混入を回避でき、出発原料からの純度低下を０．０５％以下に抑えることができる。工程で純度がほとんど低下しないため、例えば純度９０ｗｔ％以上の酸化マグネシウム原料粉末を用いれば、純度９０ｗｔ％以上の酸化マグネシウム粉末の小径粒子を生成できる。
【００２２】
［製造された酸化マグネシウム粉末］
上記の方法で製造された酸化マグネシウム粉末の各粒子は、平均粒径１０μｍ以下に小径化し、原料粉末の各粒子より小さくなる。これにより、例えば樹脂用フィラーとして用いやすい酸化マグネシウム粉末を安価に供給できる。
【００２３】
［実施例、比較例］
上記の製造方法およびその製造物の特徴を検証するため、一定の酸化マグネシウム粉末原料を使用して酸化マグネシウム粉末を作製した。図５は、実施例および比較例の製造条件を示す表である。実施例、比較例のいずれにも、純度９７．０８％、平均粒径２３μｍ、表面積２ｍ２／ｇの緻密粒子からなる酸化マグネシウム原料粉末を出発原料とした。それぞれの実施例、比較例は、図５に示すように、スラリー濃度、水熱合成の温度、圧力、保持時間、焼成時間を変えて作製した。
【００２４】
得られた酸化マグネシウム粉末の試料について、それぞれ以下の通り物性を測定した。まず、粒度分布測定には、レーザ回折・散乱法により、マイクロトラック粒度分析計（日機装社製）を用いた。生成物の同定には、粉末Ｘ線回折装置（Ｂｒｕｋｅｒ社製）を用いた。粒子形態測定には、走査電子顕微鏡（日本電子社製）を用いた。また、成分分析には、蛍光エックス線分析装置（リガク社製）を用いた。
【００２５】
（ＸＲＤ測定）
実施例３を作製する際に、原料、中間躯体および生成物に対してＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行なった。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ原料、中間躯体および生成物のＸＲＤ測定結果を示すグラフである。図２（ａ）および（ｃ）に示すように、原料および生成物のＸ線回折プロファイル上にはいずれも酸化マグネシウムに特有のピークが現れた。また、図２（ｂ）に示すように、中間躯体のＸ線回折プロファイル上には、水酸化マグネシウムに特有のピークが現れた。これにより、酸化マグネシウム原料粉末から水酸化マグネシウムの中間躯体が生成され、さらに水酸化マグネシウムから酸化マグネシウムが生成されることを確認できた。
【００２６】
（ＳＥＭ観察）
実施例３の原料および生成物について、ＳＥＭ観察を行なった。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ原料および生成物を示すＳＥＭ写真である。図４（ａ）、（ｂ）は、いずれも１０００倍で撮影されたＳＥＭ写真を示している。
【００２７】
酸化マグネシウム原料粉末は、図４（ａ）に示すように、大きさが２０μｍ以上の緻密な粒子で粉末が構成されていた。生成物の酸化マグネシウム粉末は、図４（ｂ）に示すように、大きさが１μｍに満たない粒子が結合して１０μｍ以下の多孔質粒子を構成していることを確認できた。
【００２８】
（蛍光Ｘ線測定）
実施例３の原料および製造物の組成を蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）で確認した。図３は、原料および製造物の組成を示す表である。図３に示すように、酸化マグネシウム原料粉末の純度が９７．０８％であるのに対し、生成物の酸化マグネシウム粉末の純度は９７．０５％であり、ほとんど純度の低下がなく、本発明の製造工程では原料の純度をほぼ一定に維持できることを確認できた。
【００２９】
（好適な製造条件）
（１）スラリー濃度
図６は、実施例および比較例の構成および特性を示す表である。実施例１では、スラリー濃度２０ｗｔ％で酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径９．８μｍの粉末が得られた。これに対し、比較例３では、スラリー濃度２２ｗｔ％で酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径１３．３μｍの粉末が生成された。スラリー濃度が高いと酸化マグネシウム原料粉末が水と反応しきれないため、生成した酸化マグネシウム粉末と酸化マグネシウム原料粉末とが混在し、生成物の平均粒子径は１０μｍを越えてしまうと考えられる。
【００３０】
実施例２では、スラリー濃度２ｗｔ％で酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径９．５μｍの粉末が生成された。これに対し、比較例２では、スラリー濃度１ｗｔ％で酸化マグネシウム粉末を作製したところ、中間躯体生成の段階で水に溶解し、酸化マグネシウム粉末を生成できなかった。したがって、スラリー濃度は２ｗｔ％以上２０ｗｔ％の範囲にあることが好ましいと分かる。
【００３１】
（２）水熱合成の温度
また、実施例１では、スラリーを１５０℃で水熱合成し、平均粒径９．８μｍの粉末が生成されたのに対し、比較例４では、１４０℃で水熱合成したところ、平均粒子径２２．７μｍの粉末が生成された。したがって、水熱合成の温度は１５０℃以上が好ましいことが分かる。
【００３２】
（３）水熱合成の圧力
実施例１では、０．８ＭＰａの圧力で水熱合成し、平均粒径９．８μｍの粉末が生成されたのに対し、比較例５では、０．７ＭＰａの圧力で水熱合成したところ、平均粒子径２２．８μｍの粉末が生成された。したがって、水熱合成の圧力は０．８ＭＰａ以上が好ましいことが分かる。また、比較例４、５から水熱合成の温度か圧力のどちらかが低い場合には、反応が進行しないと考えられる。
【００３３】
（４）水熱合成の維持時間
実施例２では、水熱合成時の温度と圧力を１．０ｈ保持したところ、平均粒径９．５μｍの粉末が生成されたのに対し、比較例６では、水熱合成時の温度と圧力を０．５ｈ保持したところ、平均粒子径２２．４μｍの粉末が生成された。高温高圧状態を保持する時聞が短い場合、反応が十分に進まず、生成した酸化マグネシウム粉末と酸化マグネシウム原料粉末とが混在し、生成物の平均粒子径は１０μｍを越えてしまうと考えられる。したがって、水熱合成の維持時間は１．０ｈ以上が好ましいことが分かる。それにより、反応が十分に進み、小径粒子からなる酸化マグネシウム粉末が生成される。
【００３４】
（５）焼成温度
実施例１では、焼成温度７００℃で酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径９．８μｍの粉末が生成された。これに対し、比較例１では、焼成温度６５０℃で酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径１０．３μｍの粉末が生成された。比較例１では、水酸化マグネシウムの脱水反応が十分に終了しない温度で焼成したため、生成物が酸化マグネシウムと水酸化マグネシウムの混合物になり、平均粒径も１０μｍを超えたと考えられる。
【００３５】
実施例５では、１２００℃で焼成して酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径９．９ｍの粉末が生成された。これに対し、比較例７では、１２５０℃で焼成して酸化マグネシウム粉末を作製したところ、平均粒子径１５．２μｍの粉末が生成された。焼成温度が高い場合、酸化マグネシウムの融点が近いため、粒子同士が溶けて凝集してしまう。それによって、平均粒子径が１０μｍを超えると考えられる。したがって、焼成温度は７００℃以上１２００℃以下の範囲にあることが好ましいと分かる。
【００３６】
（６）粉砕との比較
比較例８では、アルミナボールを媒体としたボールミルで酸化マグネシウム原料粉末を１時間粉砕して小径化を試みた。その結果、得られた酸化マグネシウム粉末は、媒体のアルミナ分が混入したため純度が１．３７ｗｔ％低下した。また、粉砕時聞が短かったため、十分に粉砕されず、酸化マグネシウム粉末の平均粒径は１０μｍを超えた。
【００３７】
（７）結論
以上より、濃度２ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下に調整したスラリーを、温度１５０℃以上、圧力０．８０ＭＰａ以上で１時間以上保持し、得られた中間躯体を乾燥して７００℃〜１２００℃で焼成することで、純度低下を０．０５％以下に抑えつつ、粒子径が１０μｍ以下の酸化マグネシウム粉末を安定的に生成できることが実証された。
【図１】
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【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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