(57)【要約】【課題】酸化マグネシウム粉末を水を用いて効率良く造粒できる方法を開発して、工業的に有利に、電子ビーム蒸着法によりＡＣ型プラズマディスプレイパネルの誘電体層の保護膜を成膜する際に用いる多結晶の酸化マグネシウム蒸着材を製造することができる方法を提供すること。【解決手段】純度が９９．９質量％以上、比表面積が５〜２５ｍ２／ｇの範囲にある酸化マグネシウム粉末を、バインダを含む水性分散媒体に混合分散して酸化マグネシウムスラリを調製する工程、該スラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥して、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得る工程、得られた造粒物をペレット状に成形する工程、そしてペレット状成形物を焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させる工程を含む、電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための酸化マグネシウム蒸着材を製造する方法。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が９９．９質量％以上、比表面積が５〜２５ｍ２／ｇの範囲にある酸化マグネシウム粉末を、バインダを含む水性分散媒体に混合分散して酸化マグネシウムスラリを調製する工程、該スラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥して、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得る工程、得られた造粒物をペレット状に成形する工程、そしてペレット状成形物を焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させる工程を含む、電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための酸化マグネシウム蒸着材を製造する方法。
【請求項２】
酸化マグネシウムスラリを調製してから、スラリ温度を３０℃以下に維持して、２時間以内に該スラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥することを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法。
【請求項３】
バインダが、水溶性ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法。
【請求項４】
水性分散媒体が水からなることを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法。
【請求項５】
水性分散媒体が分散剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法。
【請求項６】
分散剤がポリカルボン酸塩であることを特徴とする請求項５に記載の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法。
【請求項７】
酸化マグネシウム粉末が、純度が９９．９８質量％より高く、比表面積が５〜１０ｍ２／ｇの範囲にあり、かつ一次粒子の形状が立方体であることを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム蒸着法によりＡＣ型プラズマディスプレイパネルの誘電体層の保護膜として機能する酸化マグネシウム膜を成膜する際に用いる多結晶の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣ型プラズマディスプレイパネル（ＡＣ型ＰＤＰ）の誘電体層の表面には、一般に保護層として酸化マグネシウム膜が形成されている。この酸化マグネシウム膜の成膜には、電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）が広く利用されている。
【０００３】
電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための蒸着材として、従来より酸化マグネシウムの単結晶体が多用されている。また、最近では、酸化マグネシウム粉末を焼結させて得た酸化マグネシウムの多結晶焼結体ペレットの使用も検討されている。
【０００４】
特開平１０−２９１８５４号公報には、高純度の酸化マグネシウムの多結晶焼結体ペレットを蒸着材として用いることによって、電子ビーム蒸着法により、ＡＣ型プラズマディスプレイパネルの酸化マグネシウム膜を、効率的に成膜できるとの記載がある。
【０００５】
酸化マグネシウム蒸着材として用いる酸化マグネシウム焼結体ペレットは、酸化マグネシウム粉末の成形性や流動性を向上させるために、酸化マグネシウム粉末を造粒し、次いでその造粒物を成形した後焼成して製造するのが一般的である。酸化マグネシウム粉末の造粒方法には、酸化マグネシウムのスラリを調製して、これを噴霧乾燥する方法が広く利用されている。例えば、上記特開平１０−２９１８５４号公報には、酸化マグネシウム粉末とバインダと有機溶媒（エタノール）とを混合して酸化マグネシウムスラリを調製し、これをスプレードライヤにより噴霧乾燥して酸化マグネシウム粉末を造粒することが記載されている。
【０００６】
酸化マグネシウム粉末の造粒の際に有機溶媒を使用すると、その有機溶媒の回収もしくは廃棄のコストが必要となることから、水を用いることができれば工業的に好ましい。
特開２０００−１６９９５６号公報は、酸化マグネシウム膜をスパッタリングにより形成するためのスパッタリングターゲットに関するものであるが、ここには、その酸化マグネシウムスパッタリングターゲットを製造するに際して、酸化マグネシウム微粉末を、純水もしくは有機溶媒に分散混合し、混合溶液にバインダを加え、スプレードライにより造粒粉を調製するとの記載がある。この公報に開示されている酸化マグネシウム粉末の造粒方法では、バインダを加える前に酸化マグネシウム微粉末と純水との混合溶液を調製するため酸化マグネシウム粉末が水中で凝集し易くなるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸化マグネシウム粉末を水を用いて効率良く造粒できる方法を開発して、工業的に有利に、電子ビーム蒸着法によりＡＣ型プラズマディスプレイパネルの誘電体層の保護膜を成膜する際に用いる多結晶の酸化マグネシウム蒸着材を製造することができる方法を提供することを主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、純度が９９．９質量％以上、比表面積が５〜２５ｍ２／ｇの範囲にある酸化マグネシウム粉末を、バインダを含む水性分散媒体に混合分散して酸化マグネシウムスラリを調製する工程、該スラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥することにより、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得る工程、得られた造粒物をペレット状に成形する工程、そしてペレット状成形物を焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させる工程を含む、電子ビーム蒸着法により酸化マグネシウム膜を成膜するための酸化マグネシウム蒸着材を製造する方法にある。
【０００９】
本発明の好ましい態様を次の通りである。
（１）酸化マグネシウムスラリを調製してから、スラリ温度を３０℃以下に維持して、２時間以内に該スラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥する。
（２）バインダが、水溶性ポリマーである。
（３）水性分散媒体が水と水に相溶性を示す有機溶媒の混合物からなる。
（４）水性分散媒体が水からなる。
（５）水性分散媒体が分散剤を含む。
（６）上記の分散剤がポリカルボン酸塩である。
（７）酸化マグネシウム粉末が、純度が９９．９８質量％より高く、比表面積が５〜１０ｍ２／ｇの範囲にあり、かつ一次粒子の形状が立方体である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法に用いる酸化マグネシウム粉末は、純度が９９．９質量％以上である。ここで、酸化マグネシウム粉末の純度は差数法により求めた値であり、具体的には酸化マグネシウム粉末中のカルシウム、ケイ素、鉄、マンガン、亜鉛、クロム、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、ニッケル、ホウ素、ジルコニウム、モリブテン、そしてバナジウムの含有量をそれぞれ定量し、これらの金属含有量を酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化モリブテン（ＭｏＯ）、そして酸化バナジウム（ＶＯ）の酸化物含有量に換算して、１００から差し引いた値である。酸化マグネシウム粉末は、純度が９９．９８質量％より高いことが好ましく、９９．９８５質量％以上にあることがより好ましい。
【００１１】
本発明の製造方法に用いる酸化マグネシウム粉末はまた、比表面積が５〜２５ｍ２／ｇの範囲にある。ここで、比表面積は、ＢＥＴ法により測定した値である。本発明において、比表面積が５〜２５ｍ２／ｇの範囲にある酸化マグネシウム粉末を用いるのは、比表面積が５ｍ２／ｇ未満の酸化マグネシウム粉末は焼結性が低いためであり、比表面積が２５ｍ２／ｇを超える酸化マグネシウム粉末は水性分散溶媒への分散性が低いためである。比表面積は、５〜１０ｍ２／ｇの範囲にあることが好ましく、７〜９ｍ２／ｇの範囲にあることがより好ましい。
【００１２】
本発明では、特に純度が９９．９８質量％より高く（特に、９９．９８５質量％以上）、比表面積が５〜１０ｍ２／ｇの範囲（特に、７〜９ｍ２／ｇの範囲）にあり、かつ一次粒子の形状が立方体である酸化マグネシウム粉末を用いることが特に好ましい。このような酸化マグネシウム粉末を用いることにより、表面に先端が丸味を帯びた突起が多数形成された酸化マグネシウム蒸着材を製造することができる。表面に突起を有する酸化マグネシウム蒸着材を用いて酸化マグネシウム膜を成膜すると、表面が平坦なものを用いた場合と比べて、広範囲にわたって均質性の高い酸化マグネシウム膜を短時間で成膜できる傾向にある。この理由は明らかではないが、表面に突起を有する蒸着材では、表面の突起の分だけ電子ビームの照射面積が広くなり、酸化マグネシウム蒸気の生成量が増えるためと考えられる。また、突起の先端が丸味を帯びているので、電子ビームを突起の全体に均一に照射することができる。このため、酸化マグネシウム蒸気の生成量も安定し、突起の先端が欠けにくくなる。
【００１３】
高純度で、比表面積が５〜１０ｍ２／ｇの範囲にあり、かつ一次粒子が立方体形状の酸化マグネシウム粉末は、例えば、高純度の金属マグネシウム蒸気と酸素とを気相中で反応させる気相酸化反応法によって製造することができる。
【００１４】
本発明の製造方法は、純度が９９．９質量％以上、比表面積が５〜２５ｍ２／ｇの範囲にある酸化マグネシウム粉末を、バインダを含む水性分散媒体に混合分散して酸化マグネシウムスラリを調製する工程、該スラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥して、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得る工程、得られた造粒物をペレット状に成形する工程、そしてペレット状成形物を焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させる工程からなる。
【００１５】
本発明では、酸化マグネシウム粉末を、バインダを含む水性分散媒体に混合分散する。従って、酸化マグネシウム粉末が水性分散媒体中で凝集しにくい。
【００１６】
水性分散媒体には、水と水に相溶性を示す有機溶媒の混合物、もしくは水を用いることができる。特に水を用いることが好ましい。有機溶媒の例としては、エタノールなどのアルコール、アセトンなどのケトンを挙げることができる。水と有機溶媒とを混合する場合の有機溶媒の含有量は全体の５０質量％未満とすることが好ましい。
【００１７】
バインダには、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、及び水溶性アクリル系共重合物などの水溶性ポリマーを用いることができる。水性分散媒体のバインダ濃度は、０．１〜１０質量％の範囲にあることが好ましい。また、水性分散媒体には、分散剤を添加してもよい。この分散剤には、ポリカルボン酸塩、特にポリカルボン酸のアンモニウム塩が好ましく用いることができる。水性分散媒体の分散剤濃度は、０．１〜６質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１８】
酸化マグネシウムスラリ中の酸化マグネシウム粉末の濃度は、３０〜７５質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１９】
酸化マグネシウムスラリを調製してからそのスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥するまでの間に、酸化マグネシウム粉末の表面の一部が水和して水酸化マグネシウムが生成することがある。但し、スラリから得られる造粒物の水和率（造粒物中の水酸化マグネシウム量）は５０質量％以下（特に、３０質量％以下、更に５質量％以下）となるようにすることが好ましい。水和率が５０質量％未満の造粒物を得るには、酸化マグネシウムスラリを調製してからスプレードライヤにより噴霧乾燥するまでの時間を短くする、すなわち酸化マグネシウム粉末と水との接触時間を短くするのが簡便かつ有効な方法である。具体的には、酸化マグネシウムスラリを調製してから、２時間以内にそのスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥することが好ましい。酸化マグネシウムスラリを調製してからスプレードライヤにより噴霧乾燥するまでの間は、スラリの温度を３０℃以下（特に、１０〜３０℃）に維持することが好ましい。
【００２０】
酸化マグネシウムスラリをスプレードライヤにより噴霧乾燥する際の乾燥温度は、２００〜２８０℃の範囲にあることが好ましい。
【００２１】
酸化マグネシウム粉末の造粒物を成形してペレットを製造する場合には、通常のプレス成形法を用いることができる。成形圧は、０．３〜３トン／ｃｍ２の範囲、好ましくは１〜３トン／ｃｍ２の範囲にある。
【００２２】
ペレット状成形物の焼成は、１４００〜１８００℃の温度にて行うことが好ましい。焼成時間は、成形物のサイズ（特に、厚さ）や焼成温度などの要件により変わるので一律に定めることはできないが、一般に１〜５時間である。
【００２３】
【実施例】
［実施例１］
気相酸化反応法により製造された酸化マグネシウム粉末（純度：９９．９８５質量％、比表面積：７．５ｍ２／ｇ、一次粒子の形状：立方体）５０質量部を、ポリエチレングリコール濃度６質量％、及びポリカルボン酸アンモニウム塩濃度１質量％の水５０質量部に混合分散して、酸化マグネシウム濃度５０質量％、ポリエチレングリコール濃度３質量％、及びポリカルボン酸アンモニウム塩濃度０．５質量％の酸化マグネシウムスラリ（温度：２５℃）を調製した。調製後スラリ温度を２５℃に維持しながら速やかに（約１５分後）、この酸化マグネシウムスラリをスプレードライヤを用いて噴霧乾燥（乾燥温度：２３０℃）して、酸化マグネシウム粉末の造粒物を得た。得られた造粒物は、平均粒子径が５０μｍ、水和率が約１質量％であった。この造粒物を成形圧２トン／ｃｍ２にてペレット状（直径６．０ｍｍ、高さ：２．５ｍｍ、成形体密度：２．１９ｇ／ｃｍ３）に成形した。そして最後に、ペレット状成形体を、電気炉を用いて１６５０℃の温度で２時間焼成して、酸化マグネシウム粉末を焼結させた。
【００２４】
得られた酸化マグネシウム焼結体ペレットの純度及び相対密度を測定したところ、純度は９９．９８１質量％、相対密度は９６．１％であった。
【００２５】
得られた酸化マグネシウム焼結体ペレットの表面（平坦部）を、電子顕微鏡を用いて真上から観察した。その電子顕微鏡により得られた画像を図１に示す。図１に示すように、焼結体ペレットの表面には直径が約１〜１０μｍの酸化マグネシウム結晶粒子が形成されていることがわかる。
【００２６】
得られた酸化マグネシウム焼結体ペレットを図２に示すように、厚さ方向に切断して、焼結体ペレット１の表面２を、電子顕微鏡を用いて表面２に対して角度θ（約４５度）にて傾けて切断面３側から観察した。その電子顕微鏡により得られた画像を図３に示す。図３に示すように、焼結体ペレットの表面には、先端が丸味を帯びた突起が多数形成されていることがわかる。また、電子顕微鏡の画像から１０個の突起を選び、その突起底部の直径を測定したところ、その平均直径は２．０μｍであった。さらに、その突起の高さを測定し、下記の式により補正したところ、補正後の突起の高さは底部の直径に対して１／５〜３／５の範囲にあった。
【００２７】
【数１】
突起の高さ＝電子顕微鏡画像から測定された突起の高さ×ｓｉｎ（９０−θ）
但し、θは、電子顕微鏡画像を得たときの焼結体ペレットの傾き
【００２８】
【発明の効果】
本発明の酸化マグネシウム蒸着材の製造方法では、酸化マグネシウム粉末の造粒物に水性分散媒体を使用しているので、酸化マグネシウム蒸着材を工業的に有利に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にて製造した酸化マグネシウム焼結体ペレットの表面を、真上から観察した電子顕微鏡の画像である。
【図２】酸化マグネシウム焼結体ペレットを傾けて、その表面を観察する方法を説明するための図である。
【図３】実施例１にて製造した酸化マグネシウム焼結体ペレットを傾けて、その表面を観察した電子顕微鏡の画像である。
【符号の説明】
１　酸化マグネシウム焼結体ペレット
２　表面
３　切断面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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