KR100729542B1

KR100729542B1 - 알루미나 소결체 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR100729542B1
Application number: KR1019990030575A
Authority: KR
Inventors: 와타나베히사시; 우치다요시오
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2007-06-19
Also published as: KR20000012006A

Abstract

실질적으로 파쇄되지 않은 표면을 갖는 다면체 입자를 포함하고, D/H 비가 0.5 이상 내지 3.0 이하이고; 수평균 입자 크기가 0.1㎛ 이상 내지 1.0㎛ 이하이고; D90/D10 비가 7 이하인 다면체 형태의 α 알루미나 입자를 포함하는, 순도가 99.99중량% 이상인 알루미나 분말을, 분쇄 매체를 사용하지 않는 기계적 교반에 적용시키면서 초음파 조사에 적용시키거나, 초음파 조사에 적용시킨 다음 분쇄 매체를 사용하지 않으면서 기계적 교반에 적용시켜 용매에 분산된 슬러리를 생성시키는 단계;

상기 슬러리를 건조시키고 성형시켜 미가공체를 제조하는 단계; 및

상기 미가공체를 1400℃ 내지 1800℃의 범위내의 온도에서 공기 대기하에 소결시키는 단계를 포함하여, 다결정질 알루미나 소결체를 제조하는 방법.

알루미나 입자, 분쇄 매체, 초음파 조사, 미가공체, 다결정질 알루미나 소결체, 반도체, 바이오세라믹스

Description

알루미나 소결체 및 이의 제조 방법{Alumina sintered body and process for producing the same}

본 발명은 알루미나 소결체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 알루미나 소결체는 부식성 용액 및 기체와 주로 접촉하는, 내식성을 가질 필요가 있는 소자, 또는 실리콘 웨이퍼의 클리닝, 이동 및 표면 가공을 포함한 작업에 사용되는 진공 척, 핀셋 및 손과 같은, 반도체 제조용 기구의 분진 입자의 부착 또는 흡착에 의해 쉽게 영향을 받는 제품; 또는 하드 디스크용 기판, 마그네틱 헤드용 기판 등을 위한 재료, 각종 산업용 거울 등을 위한 재료 및 인공 치아, 인공 대퇴부 헤드 등을 위한 바이오세라믹스 재료와 같이, 세공이 없어야 하는 제품에 적합하다.

반도체 제조 공정에서의 성분으로서, 금속 원소의 실리콘 웨이퍼로의 혼입 및 오염을 방지하기 위해 세라믹스 재료를 일반적으로 사용해 왔다. 알루미나 및 탄화규소의 소결체를 세라믹 재료로서 통상적으로 사용해 왔다. 알루미나 및 지르코니아의 소결체를 또한 금속의 생체로의 혼입, 내마모성 등의 관점에서 인공 치아, 인공 대퇴부 헤드 및 인공 니(nee)와 같은 바이오세라믹스용으로 사용해 왔다.

상기 적용에서 알루미나 또는 탄화규소와 같은 통상적인 원료 분말은 1차 입자가 0.5㎛ 이하인 미립자를 포함하며 이는 타원 형태 또는 파쇄된 표면을 갖는 비균일 분말이라는 문제점을 갖고 있다. 또한, 각각의 입자 내부는 비균질성이며 다수의 결함을 갖는다. 상기 분말은 광범위한 입자 크기 분포를 가지며 다수의 응집된 조입자를 함유하고 있다. 이로 인해 소결 공정에서 세공의 형성이 유발된다. 이러한 세공을 감소시키는 방법으로서는, 통상적으로 몇몇의 소결제를 첨가하는 방법이 있다. 그러나, 충분히 높은 연소 밀도 및 적은 세공을 갖는 소결체를 수득할 수는 없었다.

반도체 제조 시스템의 구성 성분용 세라믹스 소결체 제품은 실리콘 웨이퍼와 접촉되는 이의 부분을 경면 연마(mirror-polishing)시킴으로써 사용한다. 통상적인 원료 분말로부터 제조된 세라믹스 소결체 제품은, 웨이퍼가 소결체의 세공 또는 세공의 가장자리 등에 부착된 분진 입자와 같은 이물질에 의해 훼손된다는 문제점을 갖는다.

또한, 다수의 세공을 갖는 세라믹스 소결체 상에 지지된 실리콘 웨이퍼 등을 열 처리 또는 플라즈마 에칭과 같은 처리에 적용시킬 경우, 이는 입자의 감소 또는 세공의 근처에서 세라믹스로부터의 Na와 같은 불순물의 용출로 웨이퍼가 오염되는 문제가 발생한다.

또한, 상기 문제점은 반도체 장치의 보다 높은 밀도 및 보다 높은 집적화의 성취가 진행되면서 중요해졌다. 따라서, 높은 순도 및 높은 밀도, 및 적은 세공을 갖는 소결체가 요망되고 있다.

또한, 인공 치아, 인공 대퇴부 헤드 및 인공 니와 같은 바이오세라믹스에서, 세라믹 재료 또는 이와 함께 한쌍으로 사용하는 중합체 물질은 연마된 표면에서 세공의 가장자리에 의해 마모된다. 이는 미립자를 형성시켜 인체에 통증을 야기한다. 또한, 상기 세공은 파쇄의 기점이 되어 소결체의 강도 및 제품의 신뢰도를 저하시킨다.

상기 문제점들을 해결하기 위해, 플라즈마-내성 불소 알루미나 세라믹스 및 이의 제조 방법이 일본 공개 특허 공보 제9-2864호에 기술되어 있다. 일본 공개 특허 공보 제9-2864호에는, 미소결 입자의 면적%를 감소시키기 위해 산화규소 및 산화칼슘을 0.3 내지 0.7중량%의 다량으로 이에 첨가한다. 이와 같이, 온수, 산 용액 또는 알칼리성 용액에서의 내식성에 관한 문제점은 여전히 남아 있다. 또한, 소수의 세공을 갖는 소결체를 핫 아이소스태틱 프레스(hot isostatic press)에 의해 수득할 수 있다. 그러나, 고온 및 고압에서 소결시켜야 한다는 산업상 문제점이 여전히 남아 있다.

본 발명자들은 극히 적은 세공을 갖는 고순도 알루미나 소결체를, 특정 알루미나 분말을 원료로서 사용하여 상기 알루미나를 공기 대기에서 소성시킴으로써 수득할 수 있으며, 이의 생산성이 높다는 것을 밝혀내어, 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 실질적으로 파쇄되지 않은 표면을 갖는 다면체 입자를 포함하고, D/H 비(여기서, D는 α 알루미나의 육각형 밀집 격자의 육각형 격자면에 수평인 최대 입자 직경이고, H는 α 알루미나의 육각형 밀집 격자의 육각형 격자면에 수직인 최대 입자 직경이다)가 0.5 이상 내지 3.0 이하이고; 수평균 입자 크기가 0.1㎛ 이상 내지 1.0㎛ 이하이고; D90/D10 비(여기서, D10 및 D90은 각각 누적 입자 크기 분포에서 가장 작은 입자면으로부터의 10% 누적 직경 및 90% 누적 직경에서의 입자 크기이다)가 7 이하인 다면체 형태의 α 알루미나 입자를 포함하는, 순도가 99.99중량% 이상인 알루미나 분말을, 분쇄 매체를 사용하지 않는 기계적 교반에 적용시키면서 초음파 조사에 적용시키거나, 초음파 조사에 적용시킨 다음 분쇄 매체를 사용하지 않으면서 기계적 교반에 적용시켜 용매에 분산된 슬러리를 생성시키는 단계;

상기 미가공체를 1400℃ 내지 1800℃의 범위내의 온도에서 공기 대기하에 소결시키는 단계를 포함하여, 다결정질 알루미나 소결체를 제조하는 방법(1)에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 소결 조제를 가한 알루미나 분말을, 분쇄 매체를 사용하지 않는 기계적 교반에 적용시키면서 초음파 조사에 적용시키거나, 초음파 조사에 적용시킨 다음 분쇄 매체를 사용하지 않으면서 기계적 교반에 적용시켜 용매에 분산된 슬러리를 생성시키는, (1)에 기술된 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서, 원료로서 사용되는 알루미나 분말은 순도가 99.99중량% 이상이고, 실질적으로 파쇄되지 않은 표면을 갖는 알루미나이고, 습윤 체질을 5-㎛-메쉬 필터를 사용하여 수행할 경우, 체 상의 잔류량은 100ppm 이하의 양이다. 알루미나 분말은 D/H 비(여기서, D는 α 알루미나의 육각형 밀집 격자의 육각형 격자면에 수평인 최대 입자 직경이고, H는 α 알루미나의 육각형 밀집 격자의 육각형 격자면에 수직인 최대 입자 직경이다)가 0.5 이상 내지 3.0 이하, 바람직하게는 0.8 이상 내지 1.5 이하인 다면체 형태의 α 알루미나 입자를 포함한다. α 알루미나 입자의 수평균 입자 크기는 0.1㎛ 이상 내지 1.0㎛ 이하, 바람직하게는 0.2㎛ 이상 내지 0.7㎛ 이하이다. 또한, α 알루미나 입자는 입자 크기 분포인 D90/D10 비(여기서, D10 및 D90은 각각 누적 입자 크기 분포에서 가장 작은 입자면으로부터의 10% 누적 직경 및 90% 누적 직경에서의 입자 크기이다)가 7 이하이다.

상기한 알루미나 분말의 예는 전이 알루미나를 소성시킴으로써 수득된 α 알루미나 분말, 또는 염화수소를 함유하는 대기 기체하에서의 열 처리에 의해 전이 알루미나로 전이시킬 수 있는 알루미나 분말을 포함한다. α 알루미나 분말은, 예를 들어, 일본 공개 특허 공보 제(평)6-191836호에 기술되어 있는 방법에 의해 수득할 수 있다.

원료로서 사용되는 알루미나 분말의 1차 입자의 평균 입자 크기가 1.0㎛를 초과할 경우, 소결도가 저하되어, 소결체내에 잔류하는 세공의 수가 증가된다. 또한, 입자 크기 분포가 상기한 만큼 협소하지 않을 경우, 미가공체내에서의 입자 배열은 균일하지 않게 되어 입자의 국부적 성장을 유발시켜 잔류 세공의 수가 증가하게 된다. 또한, 알루미나의 순도가 99.99중량% 미만일 경우, 이는 이물질의 반도체 제품내로의 혼입을 유발할 수 있는 인자가 되거나, 이물질로 인한 입자의 이상 성장을 진행시켜, 잔류 세공의 수를 증가시킨다.

또한, 0.1㎛ 이하의 1차 입자 크기를 갖는 알루미나 분말내에서는, 입자간의 상호작용이 강하여 응집 입자를 형성시켜, 세공의 수를 증가시킨다.

본 발명의 원료로서, 알루미나 1차 입자의 평균 입자 크기는 바람직하게는 0.2㎛ 이상 내지 0.7㎛ 이하이다.

본 발명의 알루미나 원료의 예는 SUMICORUNDUM(제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)의 AA02(1차 입자 크기 0.2㎛), AA03(1차 입자 크기 0.3㎛), AA04(1차 입자 크기 0.4㎛) 및 AA07(1차 입자 크기 0.7㎛)을 포함한다. 이의 순도는 모두 99.99중량% 이상이다.

또한, 원료로서 사용되는 알루미나 분말의 순도가 99.99중량% 이상일 경우, 상기 알루미나 분말은 알루미늄 이외의 원소의 산화물 또는 염을 0.01중량% 미만의 양으로 또는 물, 유기 물질 및 할로겐 원소와 같은 물질을 본 발명의 알루미나 소결체의 특성을 손상시키지 않고 1000℃ 이하에서 가열함으로써 원료로부터 제거할 수 있는 1중량부 미만의 양으로 함유할 수 있다.

상기한 고순도 알루미나 분말을 원료로서 사용함으로써, 미가공체내의 입자의 균일한 배열, 높은 연소 밀도, 및 전체 소결체내에서의 입자 성장의 균일한 진행을 성취할 수 있다. 이는 소결체 조립 또는 조립 경계에 잔류할 세공을 감소시킨다. 또한, 원료내의 불순물로 인한 입자의 국부적 이상 성장이 진행되지 않아, 세공은 잔류하지 않게 된다. 결과적으로, 3.970g/㎤ 이상의 높은 연소 밀도를 수득할 수 있다. 또한, 더욱 높은 연소 밀도를 성취할 필요가 있을 경우 소결제를 첨가한다. 이는 최종적인 소결 단계에서 조립 경계의 성장을 억제하여 세공을 제거한다. 이러한 효과 등의 결과로서, 3.975g/㎤ 이상의 높은 연소 밀도를 갖는 소결체를 수득할 수 있다.

소결제의 예는 알칼리 토금속 화합물 및 규소 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 알칼리 토금속 화합물 및 규소 화합물의 예는 이의 산화물, 질산염, 아세트산염, 수소화물, 염화물 및 알콕사이드를 포함한다. 그러나, 이들은 대기하에서 소결시키는 동안 1200℃ 이하의 온도에서 산화물이 되는 한 이에 제한되지는 않는다. 알칼리 토금속의 구체적인 예는 Mg, Ca, Sr 및 Ba을 포함한다. 소결제로서는, 마그네슘 화합물이 바람직하고, 질산마그네슘이 특히 바람직하다. 이의 첨가량은 일반적으로 산화물로 환산하여 10ppm 이상 내지 2000ppm 이하, 바람직하게는 10ppm 이상 내지 700ppm 이하이다. 상기한 화합물의 각각은 대기에서 소결시키는 동안 산화물이 되고, 소결제로서 이의 효과를 발휘한다. 알루미나 순도가 99.99중량% 이상인 소결체가 이의 용도에 따라 필요할 경우, 소결제를 산화물로 환산하여 10ppm 이상 내지 150ppm 이하, 보다 바람직하게는 10ppm 이상 내지 70ppm 이하의 양으로 알루미나 분말에 가한다.

슬러리를 제조하는 방법을 이하에 기술한다. 먼저, 상기한 알루미나 원료 분말, 용매 및 분산제를 적합한 양으로 기계적 교반 및 혼합하에 배합한다. 이 단계에서, 분쇄 매체를 사용하는 혼합 방법, 즉, 볼 밀, 진동 밀, 펄 밀, 연마기 등으로 통상 칭하는 장치를 사용하는 분쇄 방법이 통상적으로 널리 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명의 슬러리 제조 방법은 본 발명에서 원료로서 사용되는 알루미나 분말이 보다 적은 응집을 겪어 균일한 입자 형태 및 입자 크기를 가짐을 특징으로 한다. 따라서, 알루미나 분말은 초음파 욕조를 사용하여 외부로부터 초음파로 조사하거나, 초음파 호모지나이저에 의해 초음파로 조사함으로써 분산시켜 균일한 슬러리를 형성시킬 수 있다. 세라믹스 볼과 같은 매체를 사용하지 않는 분산 방법이 알루미늄 이외의 산화물 또는 염의 혼입을 피한다는 관점에서 바람직하다. 초음파에 관해서는, 조사능은 욕조 용적이 40ℓ인 경우에 바람직하게는 10kHz 이상, 보다 바람직하게는 25kHz 이상이다. 교반 및 혼합 시간은 슬러리의 용적에 따라 달라진다. 예를 들어, 슬러리의 양이 10ℓ인 경우, 교반 및 혼합을 바람직하게는 30분 이상 수행한다. 원료 분말을 충분하게 분산시킨 다음, 유기 결합제를 여기에 혼합한다. 예를 들어, 슬러리의 양이 10ℓ인 경우, 혼합을 바람직하게는 1시간 이상 수행한다. 초음파 조사 부재하에서도 교반 블레이드를 사용하여 기계적 교반을 수행하는 것만으로 충분하다.

상기한 바와 같이 제조된 슬러리는 감압하에 적합하게 탈기시킬 수 있다. 또한, 각종 소포제를 사용할 수도 있다. 또한, 후속적인 성형 방법에 따라, 점도는 각종 pH 조정제 및 응집제의 첨가에 의해 50 내지 10000mPa/s의 범위내로 맞출 수 있다. 예를 들어, 스프레이 건조기에 의한 조립화에서, 알루미나 슬러리의 점도는 바람직하게는 구형 과립 제조를 위해 염산 수용액, 수성 암모니아 등을 사용하여 pH 조정에 의해 300 내지 400mPa/s의 범위내로 조정한다. 또한, 슬러리 중의 알루미나 농도는 스탠딩 침강, 원심 분리 및 회전 증발기에 의한 진공 농축 등에 의해 증가시킬 수 있다.

용매로서는, 이는 사용하는 결합제의 종류 및 성형 방법에 따라 달라진다. 과립을 스프레이 건조기에 의해 제조할 경우 사용하는 폴리비닐 알콜 및 아크릴 결합제에 대해서는, 물이 가장 바람직하다. 각종 유기 용매를 제형에 따라 사용할 수도 있다. 예를 들어, 톨루엔 및 부탄올의 혼합 용매가 닥터 블레이드 성형(테이프 캐스팅이라고도 함)에서는 바람직하다.

분산제로서는, 폴리카복실산의 암모늄 염[예: 상품명; SN-D5468, 제조원: San Nopco Co., Ltd.]을 용매가 물인 경우에 주로 사용한다. 유기 용매의 경우, 에틸 올레에이트, 솔비탄 모노올레에이트, 솔비탄 트리올레에이트, 폴리카복실산 계열 등을 사용한다. 본 발명에서 원료로서 사용할 알루미나 원료 분말의 경우, 폴리에스테르 계열[상품명; TEXAPHOR 3012, 제조원: San Nopco Co., Ltd.]이 바람직하나, 이들 예에 제한되지는 않는다. 분산제를 사용하지 않는 방법은 함께 사용할 유기 결합제에 따라 보다 낮은 점도를 갖는 슬러리를 제공할 수 있다.

유기 결합제의 예는 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세탈, 각종 아크릴 중합체, 메틸 셀룰로스, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄 계열, 각종 왁스 및 각종 다당류를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

가소화제는 사용할 유기 결합제에 따라 달라진다. 이의 예는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세린, 폴리글리세린 및 각종 에스테르를 포함한다. 특히 유기 용매를 사용할 경우, 디부틸 프탈레이트, 디에틸헥실 프탈레이트 등을 사용하나, 이들 예에 제한되지는 않는다.

본 발명에서는, 이형제, 응집제, pH 조정제를 기타 첨가제로서 첨가할 수도 있다. 그러나, 용매 중의 알루미늄 및 첨가제 이외의 무기 불순물이 전혀 존재하지 않는다는 것은 중요하다. 장애물이 존재하지 않는 한 유기 물질을 전혀 첨가하지 않는 것이 미가공체의 형태 보유 및 가공시 취급에 가장 바람직하다.

슬러리를 건조시킨 후의 성형 방법의 예는 슬립 캐스팅, 가압 슬립 캐스팅, 원심 캐스팅, 닥터 블레이드 성형 및 압출 성형과 같은 통상적인 방법을 포함한다. 또한, 스프레이 건조기 또는 각종 펠릿 제조기에 의해 과립을 제조한 후, 가압 방법 및 냉 아이소스태틱 프레스와 같은 건조 성형 방법을 사용할 수 있다.

냉 아이소스태틱 프레스의 경우, 상기한 슬러리를 스프레이 건조 등에 의해 과립으로 성형시킨다. 생성된 과립은 바람직하게는 50 내지 500kg/㎠의 범위내의 압력하에, 보다 바람직하게는 200 내지 300kg/㎠의 범위내의 압력하에 일축 프레스시킨다. 이후, 생성체를 냉 아이소스태틱 프레스에 의해 0.5 내지 3t/㎠의 범위내의 압력, 보다 바람직하게는 0.8 내지 1.5t/㎠의 범위내의 압력에 등방적으로 적용시킨다. 다음, 생성된 미가공체를 상기한 형태로 가공한다.

또한, 예를 들어, 크기가 20mm 이하인 소형 미가공체의 경우, 원료 알루미나 분말을 또한 주형내에 충전시켜, 일축 프레스 또는 상기한 압력하에 냉 아이소스태틱 프레스를 수행할 수 있다.

상기한 방법에 의해 수득한 미가공체를 이의 크기에 따라 다음 공정에 적용시킨다. 예를 들어, 직경 300mmФ 및 두께 30mmt의 미가공체의 경우, 이는 500 내지 1000℃의 범위내의 온도에서 1시간 이상, 바람직하게는 800 내지 900℃의 범위내의 온도에서 3시간 이상 소성시켜 유기 물질을 제거한다. 이후, 생성체를 공기 대기하에 1400 내지 1800℃의 범위내의 온도에서 1시간 이상, 바람직하게는 3시간 이상 소결시킨다. 구체적으로는, 알루미나 원료 분말의 1차 입자의 크기가 0.7㎛일 경우, 소결 온도는 1650℃ 이상이 바람직하다. 1차 입자의 크기가 0.2㎛일 경우, 소결 온도는 1450℃ 이상이 바람직하다.

본 발명에 의해 수득된 소결체내의 세공의 최대 세공 직경은 바람직하게는 10㎛ 이하이다. 1㎟당 크기가 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 바람직하게는 20개 이하, 보다 바람직하게는 10개 이하이다. 전술한 알루미나 소결체의 높은 연소 밀도를 수득할 수 있다. 본 발명의 알루미나 소결체에서는, 세공의 적은 수로 인해 열 확산 노, 플라즈마 에칭 공정 또는 CVD 시스템 상에서 반도체 제조 시스템의 성분으로서 사용하는 동안 입자의 감소 및 세공 근처에서의 용출이 적게 발생한다. 또한, 본 발명의 소결체는 부식성 용액 또는 기체와 접촉하는 소자로서 우수한 내식성을 갖는다. 또한, 결함인 세공이 적은 수로 존재하기 때문에, 인공 치아, 인공 대퇴부 헤드 등의 바이오세라믹 소자, 베어링, 쓰레드 가이드(thread guide), 롤링용 롤러, 펌프 부품 등용 기계 부품, 및 프레임 로드, 코어 튜브, 샤프트 인클로징 튜브 등의 구성 부품 등으로서 강도 및 내마모성의 관점에서 높은 신뢰성을 갖는 제품을 제공할 수 있다. 또한, 세공으로 인한 광 산란이 일어나지 않기 때문에 표면 평활도가 우수한, 플레이트 및 컵과 같은 장식 소자를 제공할 수 있다.

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이후, 본 발명의 예로서 다음을 기술하나, 이는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지는 않는다.

본 발명에서의 각종 측정은 다음 방법으로 수행하였다.

(1) 1차 입자의 수평균 입자 크기의 측정 및 1차 입자의 D/H의 측정

스캐닝 전자 현미경(SEM; 제조원: JEOL, Ltd., T-300형)을 사용하여 분말 입자의 사진을 찍는다. 50 내지 100개의 입자를 사진으로부터 선택하여 이의 영상 분석을 수행함으로써, 평균값으로서 값을 측정한다.

(2) D10 및 D90의 측정(중량 누적 입자 크기 분포("입자 크기 분포"로 약칭)의 측정)

마스터 사이저(master sizer; 제조원; Malvern Co.)를 사용하여 레이저 회절 산란 방법에 의해 측정한다. 측정용 알루미나 슬러리를 다음 방법으로 제조한다. 즉, 0.5중량% 나트륨 헥사메타포스페이트 수용액 25g을 알루미나 분말 2.5g에 가한다. 생성된 혼합 용액을 호모지나이저에 의해 2분 동안 초음파로 조사하여 알루미나 슬러리를 제조한다.

(3) 습윤 체질

증류수 1kg을 알루미나 1kg에 가한다. 다음, 생성된 혼합물을 6ℓ 용적의 초음파 욕조(주파수: 28kHz, 출력: 200W)내에서 30분 동안 교반시키면서 초음파로 조사하여 슬러리를 제조한다. 증류수가 채워진 비이커내에, 백 형태의 5㎛ 나일론 메쉬를 침지시킨다. 미리 제조한 알루미나 슬러리의 총량을 나일론 백에 쏟아 붓는다. 다음, 초음파 욕조를 사용하여 전체 비이커를 초음파로 조사한다. 이로 인해 알루미나 입자가 나일론 메쉬를 통해 통과하여 비이커내로 이동한다. 20분 후, 나일론 메쉬 백을 끌어내어 백의 외부를 충분히 세정하고 건조시켜 중량의 증가량을 측정한다. 중량의 증가량을 1kg의 알루미나 충전량으로 나누어, 수득된 값을 5-㎛ 체 상의 잔류량으로 간주한다.

(4) 알루미나 소결체의 연마 표면 상의 세공수 및 세공 크기의 측정

세공수를 다음과 같이 측정한다: 즉, 광 현미경(제조원: Olympus Optical Co., Ltd.; BH-2)을 사용하여 소결체의 경면 연마 표면의 사진(배율: 50배)을 찍는다. 사진의 흑점으로 나타나는 세공의 수를 시각적으로 세어 ㎟당 수로 환산한다. 알루미나 소결체를 먼저 #800 다이아몬드 분쇄 휠을 사용하는 조 분쇄에 적용시켜, 평면으로 만든다. 이후, 3-㎛ 다결정질 다이아몬드 슬러리 및 구리 테이블 연마기(고압 랩핑(lapping) 시스템; 제조원: NIHON ENGIS Co.)를 사용하여 경면 연마를 수행한다. 연마 동안 표면압을 300g/㎠ 이상으로 조정하면서 60분 이상 연마시킨다. 표면 상의 스크랫치를 제거하기 위해, 1-㎛ 다결정질 다이아몬드 슬러리를 사용하여 30분 이상 추가로 연마시킨다. 원형이 아닌 타원형 또는 무정형인 세공의 경우, 세공 크기의 측정은 세공 크기로서 세공의 최대 직경 또는 대각선 중 주축을 취하여 수행한다.

(6) 알루미나 소결체의 연소 밀도의 측정

소결체의 연소 밀도는 아르키메데스 방법에 따라 측정한다.

(7) 부식 시험

부식 시험은 다음과 같이 측정한다: 즉, 상기한 방법에 의해 수득된, 표면이 연마된 소결체를 80℃ 질산에 50시간 동안 침지시킨다. 다음, 표면 상의 세공을 광 현미경하에 관찰하여 영상 분석 장치에 의해 세공의 면적의 증가량을 측정한다.

(8) 알루미나 소결체의 순도 분석(ICP-AES 정량 측정 방법)

알루미나 소결체를 질화붕소 모르타르내에서 분쇄시킨 다음, 알칼리 용융시킨다. 용융된 물질을 ICP 방사 스펙트럼 분석(ICP 퀀토미터(quantometer) SPS1200VR형; 제조원: Seiko Electronic Industry Co., Ltd.)에 적용시킨다.

실시예 1

본 실시예 1에서는, α 알루미나 분말(상품명: SUMICORUNDUM AA04; 제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)을 원료로서 사용하였다. 알루미나 분말은 각각 실질적으로 파쇄된 표면을 갖지 않으며 8 내지 20개의 상을 갖는 다면체 입자로 이루어져 있다. SEM 사진으로부터 측정된 이의 1차 입자 크기는 0.4㎛인 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90은 1.48㎛이고, D10은 0.31㎛이며, D90/D10은 4.8로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 5ppm인 것으로 밝혀졌다.

알루미나 분말 AA04 5kg, 물(용매) 3kg 및 분산제인 암모늄 폴리카복실레이트[제조원: San Nopco Co., Ltd.; 상품명: SN-D5468] 62.5g을 초음파로 조사하면서 30분 동안 교반과 동시에 혼합하였다. 다음, 유기 결합제로서의 폴리비닐 알콜 10중량% 용액(제조원: Kuraray Corp.; 상품명: PVA205c) 750g, 가소화제로서의 폴리에틸렌 글리콜(시약; 중합도 400) 25g 및 윤활제로서의 스테아르산 유화액[제조원: CHUKYO YUSHI Co., Ltd.; 상품명: CELOSOL 920) 140g을 동시에 총량으로 가한 다음, 60분 동안 교반 및 혼합하여, 슬러리를 생성시켰다.

생성된 슬러리에, 1N 염산 수용액 110ml를 가하여 점도를 350cP로 조정하였다. 이와 같이 제조된 슬러리를 스프레이 건조기에 의해 스프레이 건조시켜 과립을 제조하였다. 생성된 과립 분말을 주형에 충전시킨 다음, 이를 일축 프레스기에 의해 1500kg/㎠의 하중하에 성형시켰다. 이로써 직경 200mm 및 높이 10mm의 원통형 미가공체가 생성되었다. 다음, 이와 같이 제조된 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1650℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.974g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 12개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 5ppm, Ca≤1ppm, Mg≤1ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 50ppm 미만.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 0.02%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 2

실시예 1의 알루미나 분말 AA04 100g, 물 60g 및 분산제 SN-D5468 1.3g을 초음파로 조사하면서 30분 동안 교반과 동시에 혼합하였다.

생성된 슬러리를 감압하에 30분 동안 방치하여 탈기시켰다. 또한, 폭 30mm, 길이 50mm 및 높이 5mm의 미가공체를 석고 주형을 사용하여 슬립 캐스팅시킴으로써 제조하였다. 생성된 미가공체를 1650℃에서 2시간 동안 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.977g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 18개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 9ppm, Si: 5ppm, Ca≤1ppm, Mg≤1ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 50ppm 미만.

실시예 3

본 실시예 3에서는, α 알루미나 분말(상품명: SUMICORUNDUM AA02; 제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)을 원료로서 사용하였다. 알루미나 분말은 각각 실질적으로 파쇄된 표면을 갖지 않으며 8 내지 20개의 상을 갖는 다면체 입자로 이루어져 있다. SEM 사진으로부터 측정된 이의 1차 입자 크기는 0.2㎛인 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90은 1.08㎛이고, D10은 0.18㎛이며, D90/D10은 6.0인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 5ppm인 것으로 밝혀졌다.

알루미나 분말 AA02를 원료로서 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에 과립을 제조하였다. 원통형 미가공체를 실시예 1과 동일한 조건하에 과립으로부터 제조하였다. 다음, 이와 같이 제조된 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1550℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.975g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 15개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 6ppm, Si: 9ppm, Ca≤1ppm, Mg≤1ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 50ppm 미만.

실시예 4

본 실시예 4에서는, α 알루미나 분말(상품명: SUMICORUNDUM AA03; 제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)을 원료로서 사용하였다. 알루미나 분말은 각각 실질적으로 파쇄된 표면을 갖지 않으며 8 내지 20개의 상을 갖는 다면체 입자로 이루어져 있다. SEM 사진으로부터 측정된 이의 1차 입자 크기는 0.33㎛인 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90은 1.38㎛이고, D10은 0.26㎛이며, D90/D10은 5.0인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 10ppm인 것으로 밝혀졌다.

1차 입자 크기가 0.33㎛인 알루미나 분말을 주형에 충전시킨 다음, 이를 일축 프레스기에 의해 200kg/㎠의 하중하에 성형시켰다. 이로써 직경 200mm 및 높이 10mm의 원통형 미가공체가 생성되었다. 다음, 이와 같이 제조된 미가공체를 1.0t/㎠의 압력하에 냉 아이소스태틱 프레스에 적용시켰다. 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 지방을 제거한 다음, 1600℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.980g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 5개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Si: 8ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 50ppm 미만.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 0.01%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 5

본 실시예 5에서는, α 알루미나 분말(상품명: SUMICORUNDUM AA07; 제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)을 원료로서 사용하였다. 알루미나 분말은 각각 실질적으로 파쇄된 표면을 갖지 않으며 8 내지 20개의 상을 갖는 다면체 입자로 이루어져 있다. SEM 사진으로부터 측정된 이의 1차 입자 크기는 0.7㎛인 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90은 2.08㎛이고, D10은 0.57㎛이며, D90/D10은 3.6인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 4ppm인 것으로 밝혀졌다.

알루미나 분말 AA07 5kg, 물 3kg 및 분산제인 SN-D5468 62.5g을 초음파로 조사하면서 30분 동안 교반과 동시에 혼합하였다. 다음, 유기 결합제로서의 아크릴 유화액의 40중량% 용액(제조원: Dainippon Ink & Chemicals Inc.; 상품명: BONCOAT3981) 250g, 및 윤활제로서의 CELOSOL 920 140g을 동시에 총량으로 가한 다음, 60분 동안 교반 및 혼합하여, 슬러리를 생성시켰다.

생성된 슬러리를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건하에 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1750℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.971g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 15개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 10ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 50ppm 미만. 부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 0.02%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 6

실시예 4의 슬러리를 제조하는 공정에서, 질산마그네슘 육수화물(시약 등급) 6.4g(MgO로 환산하여 200ppm)을 소결제로서 가하였다. 실시예 4와 동일한 조건하에 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1550℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.984g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 7개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 5ppm, Ca≤1ppm, Mg: 125ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(5ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 170ppm 미만.

실시예 7

실시예 1의 슬러리를 제조하는 공정에서, 질산마그네슘 육수화물(시약 등급) 16.0g(MgO로 환산하여 500ppm)을 소결제로서 가하였다. 실시예 1과 동일한 조건하에 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1600℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.982g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 4개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 9ppm, Si: 8ppm, Ca≤1ppm, Mg: 305ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 350ppm 미만.

실시예 8

실시예 3의 슬러리를 제조하는 공정에서, 질산마그네슘 육수화물(시약 등급) 1.6g(MgO로 환산하여 50ppm)을 소결제로서 가하였다. 실시예 3과 동일한 조건하에 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1600℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.982g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 5개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 9ppm, Si: 8ppm, Ca≤1ppm, Mg: 25ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 50ppm 미만.

실시예 9(슬립 캐스팅)

실시예 1의 α알루미나 분말 AA04 100g, 물 60g, 분산제 SN-D5468 1.3g 및 MgO(제조원: Ube Material Co., Ltd.; 상품명: 500A) 0.01g을 초음파로 조사하면서 30분 동안 교반과 동시에 혼합하였다. MgO를 슬립 캐스팅 동안 약 1/2 양으로 석고 주형에 쏟아 붓고, 이후 가한 MgO의 양의 2배에 상응하는 1000ppm의 양으로 MgO를 가하였다.

생성된 슬러리를 감압하에 30분 동안 방치하여 탈기시켰다. 또한, 폭 30mm, 길이 50mm 및 높이 5mm의 미가공체를 석고 주형을 사용하여 슬립 캐스팅시킴으로써 제조하였다. 생성된 미가공체를 1600℃에서 2시간 동안 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.983g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 4개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 12ppm, Ca: 5ppm, Mg: 305ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(5ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 350ppm 미만.

실시예 10

실시예 7의 슬러리를 제조하는 공정에서, 소결제로서 가할 질산마그네슘 육수화물의 양을 32.0g(MgO로 환산하여 1000ppm)으로 변화시켜 과립을 제조하였다. 다음, 미가공체 및 또한 소결체를 실시예 7과 동일한 방법으로 제조하였다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 8ppm, Ca≤1ppm, Mg: 600ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(5ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 650ppm 미만.

실시예 11(테이프 캐스팅으로도 칭하는 닥터 블레이트 성형법)

본 실시예 11에서는, α 알루미나 분말(상품명: SUMICORUNDUM AA05; 제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)을 원료로서 사용하였다. 알루미나 분말은 각각 실질적으로 파쇄된 표면을 갖지 않으며 8 내지 20개의 상을 갖는 다면체 입자로 이루어져 있다. SEM 사진으로부터 측정된 이의 1차 입자 크기는 0.5㎛인 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90/D10은 4.5인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 3ppm인 것으로 밝혀졌다.

AA05 500g, MgO 0.25g, 톨루엔 308g, 에탄올 90g, 사이클로헥사논 43g 및 폴리에스테르 분산제(제조원: San Nopco Co., Ltd.; 상품명: TEXAPHOR 3112) 10g을 볼 밀로 16시간 동안 혼합하였다. 또한, 폴리비닐 부티랄(제조원: Sekisui Chemical Co., Ltd.; 상품명: BL-S) 36g 및 디부틸 프탈레이트 18g을 가하고 볼 밀로 6시간 동안 혼합하여 균질한 슬러리를 수득하였다. 슬러리의 점도는 용매 제거에 의해 조정한 다음, 닥터 블레이드 성형법에 따라 필름 성형시켰다.

생성된 필름은 실온에서 96시간 동안 공기 건조시킨 다음, 각각 상기한 크기를 갖도록 조각으로 절단하였다. 생성된 조각을 전기 노내에서 공기 대기하에 소성시켰다. 다음, 소성체를, 500℃에서 1시간 동안 지방을 제거한 다음, 1550℃에서 1시간 동안 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.982g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 6개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 8ppm, Ca≤1ppm, Mg: 305ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 350ppm 미만.

실시예 12

실시예 5의 슬러리를 제조하는 공정에서, 질산마그네슘 육수화물(시약 등급) 3.6g(MgO로 환산하여 100ppm)을 소결제로서 가하여 슬러리를 제조하였다. 실시예 5와 동일한 방법으로 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 유기 물질을 제거한 다음, 1700℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.980g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 6개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Na≤5ppm, Mg: 60ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 110ppm 미만.

실시예 13

실시예 7에서 소결제로서 가한 질산마그네슘 육수화물의 양을 3.6g(MgO로 환산하여 50ppm)으로 변화시켜 과립을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 미가공체 및 소결체를 제조하였다.

소결체의 밀도는 3.981g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 10㎛ 보다 큰 세공은 전혀 관찰되지 않으며, 각각의 최대 직경이 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 세공의 수는 소결체의 경면 연마 표면 상에 ㎟당 7개인 것으로 밝혀졌다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 8ppm, Ca≤1ppm, Mg: 35ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 80ppm 미만.

실시예 14

실시예 7에서 소결제로서 가한 질산마그네슘 육수화물의 양을 1.8g(MgO로 환산하여 25ppm)으로 변화시켜 과립을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 미가공체 및 소결체를 제조하였다.

또한, 소결체 중 불순물의 양은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다: Fe: 5ppm, Si: 8ppm, Ca≤1ppm, Mg: 20ppm, Na≤5ppm 및 기타 원소: 검출 한계량 미만(1ppm 미만) 및 Al 이외의 원소의 총량: 70ppm 미만.

비교 실시예 1(슬립 캐스팅)

본 비교 실시예 1에서는, 순도가 99.99중량%이고 1차 입자 크기가 0.3㎛인 알루미나 원료 분말[제조원: Showa Denko K. K.; UA5055]을 사용하였다. 상기 알루미나 분말의 1차 입자는 다면체 형태가 아닌 무정형의 입자이다. D/H는 2보다 큰 것으로 밝혀졌다. 터널 전자 현미경에 의한 입자의 관찰로부터, 입자는 입자내에 다수의 결함을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90은 2.55㎛이고, D10은 0.44㎛이며, D90/D10은 5.8인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 120ppm인 것으로 밝혀졌다.

알루미나 분말 100g, 물 60g 및 분산제 SN-D5468 1.3g을 초음파로 조사하면서 30분 동안 교반과 동시에 혼합하였다. 생성된 슬러리를 사용하여 실시예 2와 동일한 조건하에 성형 및 소결을 수행하였다.

소결체의 밀도는 3.935g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 세공이 ㎟당 65개 및 각각의 최대 크기가 10㎛ 이하인 무수한 세공이 소결체의 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

비교 실시예 2

비교 실시예 1의 알루미나 분말 UA5055 5kg, 물 3kg 및 분산제 SN-D5468 65g을 초음파로 조사하면서 30분 동안 교반과 동시에 혼합하였다. 생성된 슬러리를 2mmФ 알루미나 볼에 의한 볼 밀 처리에 적용시켰다. 볼 밀링 시간은 2시간으로 맞추었다. 또한, 유기 결합제로서의 PVA205c 10중량% 용액 1000g 및 윤활제 Cellosol 920 140g을 동시에 총량으로 가한 다음, 60분 동안 교반 및 혼합하였다. 이로써 슬러리가 생성되었다.

생성된 슬러리를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건하에 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 미가공체를 실시예 1과 동일한 조건하에 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.945g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 세공이 ㎟당 50개 및 각각의 최대 크기가 10㎛ 이하인 무수한 세공이 소결체의 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

비교 실시예 3

비교 실시예 1의 알루미나 분말 UA5055 5g을 주형내에 충전시킨 다음, 이를 일축 프레스기에 의해 300kg/㎠의 하중하에 성형시켰다. 이로써 직경 20mm 및 높이 10mm의 원통형 미가공체가 생성되었다. 다음, 이와 같이 제조된 미가공체를 3.0t/㎠의 압력하에 냉 아이소스태틱 프레스에 적용시켰다. 수득된 미가공체를, 900℃에서 3시간 동안 지방을 제거한 다음, 1750℃에서 2시간 동안 대기에서 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.950g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 세공이 ㎟당 35개 및 각각의 최대 크기가 10㎛ 이하인 무수한 세공이 소결체의 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

비교 실시예 4

비교 실시예 1의 알루미나 분말 UA5055을 원료로서 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 과립 및 미가공체를 제조하였다. 다음, 소결을 1550℃에서 2시간 동안 수행하였다.

소결체의 밀도는 3.972g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 세공이 ㎟당 34개 및 각각의 최대 크기가 10㎛ 이하인 무수한 세공이 소결체의 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 0.5%인 것으로 밝혀졌다.

비교 실시예 5

본 비교 실시예 5에서는, α 알루미나 분말(상품명: SUMICORUNDUM AA2; 제조원: Sumitomo Chemical Co., Ltd.)을 원료로서 사용하였다. 알루미나 분말은 각각 실질적으로 파쇄된 표면을 갖지 않으며 8 내지 20개의 상을 갖는 다면체 입자로 이루어져 있다. SEM 사진으로부터 측정된 이의 1차 입자 크기는 2㎛인 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포 측정의 결과로부터, D90은 2.08㎛이고, D10은 0.57㎛이며, D90/D10은 3.6인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 50ppm인 것으로 밝혀졌다. 본 비교 실시예의 알루미나 분말을 사용하여 실시예 7과 동일한 방법으로 과립 및 미가공체를 제조한 다음, 1700℃에서 2시간 동안 소결시켰다.

소결체의 밀도는 3.900g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 세공이 ㎟당 46개 및 각각의 최대 크기가 10㎛ 이하인 무수한 세공이 소결체의 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 0.7%인 것으로 밝혀졌다.

비교 실시예 6

실시예 1의 알루미나 분말 AA04를 1400℃에서 열 처리하였다. 상기 알루미나의 1차 입자는 다면체이고, 이는 열 처리로 응집한다. 입자 크기 분포의 D90/D10은 10인 것으로 밝혀졌다.

습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 209ppm인 것으로 밝혀졌다. 본 비교 실시예의 알루미나 분말을 원료로서 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 과립, 미가공체 및 소결체를 제조하였다.

소결체의 밀도는 3.900g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 세공이 ㎟당 69개 및 각각의 최대 크기가 10㎛ 이하인 무수한 세공이 소결체의 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 0.9%인 것으로 밝혀졌다.

비교 실시예 7

본 비교 실시예 7에서는, 순도가 99.99중량%이고 1차 입자 크기가 0.6㎛인 바이엘 가공 알루미나 분말을 원료로서 사용하였다. 상기 알루미나 분말의 1차 입자는 다면체 형태가 아닌 무정형의 입자이다. D/H는 3보다 큰 것으로 밝혀졌다. 입자 크기 분포로서, D90/D10은 6.6인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질 중 체 상의 잔류량은 790ppm인 것으로 밝혀졌다. 본 비교 실시예의 알루미나 분말을 원료로서 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 과립, 성형체 및 소결체를 제조하였다.

소결체의 밀도는 3.870g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 다수의 세공이 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 2.1%인 것으로 밝혀졌다.

비교 실시예 8

본 비교 실시예 8에서, 오가노알루미늄 화합물을 가수분해시켜 수소화알루미늄을 제조한 다음, 1000℃에서 소결시켰다. 순도가 99.99중량%이고 1차 입자 크기가 0.5㎛인 생성된 알루미나 분말을 원료로서 사용하였다. 상기 알루미나 분말의 1차 입자는 다면체 형태가 아닌 무정형의 입자이다. D/H는 5인 것으로 밝혀졌다. 알루미나 분말의 누적 입자 크기 분포로서, D90/D10은 5.8인 것으로 밝혀졌다. 습윤 체질은 불가능하다. 본 비교 실시예의 알루미나 분말을 원료로서 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 과립 및 미가공체를 제조하였다.

소결체의 밀도는 3.800g/㎤인 것으로 밝혀졌다. 각각의 크기가 10㎛ 보다 큰 무수한 세공이 경면 연마 표면 상에서 관찰되었다.

부식 시험 이후의 세공 점유 면적은 2.3%인 것으로 밝혀졌다.

상기한 실시예 및 비교 실시예는 다음과 같은 사실을 제시한다:

(1) 전술한 알루미나 입자를 원료로서 사용할 경우, 극히 적은 세공을 갖는 고밀도 및 고순도 알루미나 소결체를, 분쇄 매체를 사용하지 않는 분산 방법에 의해 제조할 수 있다.

(2) 본 발명에서 전술한 것 이외의 알루미나 입자를 원료로서 사용할 경우, 극히 적은 세공을 갖는 고밀도 및 고순도 알루미나 소결체를, 분쇄 매체를 사용하지 않는 분산 방법에 의해 제조할 수 없다. 성형 압력 및 소결 온도를 증가시킬 경우에도, 목적하는 알루미나 소결체를 제조할 수 없다(비교 실시예 1, 2, 4, 7 및 8).

(3) 본 발명에서 전술한 것 이외의 알루미나 입자를 원료로서 사용할 경우, 극히 적은 세공을 갖는 고밀도 및 고순도 알루미나 소결체를, 분쇄 매체를 사용하는 분산 방법에 의해서도 제조할 수 없다(비교 실시예 3).

(4) 본 발명에서 전술한 형태의 알루미나 입자를 사용할 경우에도, 입자 크기가 클 경우(비교 실시예 5) 및 입자 크기 분포가 넓고 다수의 조 입자가 함유되어 있는 경우(비교 실시예 6)에는 극히 적은 세공을 갖는 고밀도 알루미나 소결체를 제조할 수 없다.

	알루미나	순도	1차 입자	D90/D10	형태	D/H	>10㎛	소결제	첨가량
		%	㎛				ppm		ppm
실시예 1	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5
실시예 2	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5
실시예 3	AA02	99.99	0.20	6.0	다면체	1	15
실시예 4	AA03	99.99	0.30	5.0	다면체	1	10
실시예 5	AA07	99.99	0.70	3.6	다면체	1	4
실시예 6	AA03	99.99	0.30	5.0	다면체	1	10	질산마그네슘	200
실시예 7	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5	질산마그네슘	500
실시예 8	AA02	99.99	0.20	6.0	다면체	1	5	질산마그네슘	50
실시예 9	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5	마그네시아	500
실시예 10	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5	질산마그네슘	1000
실시예 11	AA05	99.99	0.50	4.5	다면체	1	3	마그네시아	500
실시예 12	AA07	99.99	0.70	3.6	다면체	1	4	질산마그네슘	100
실시예 13	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5	질산마그네슘	50
실시예 14	AA04	99.99	0.40	4.8	다면체	1	5	질산마그네슘	25
비교 실시예 1	UA5055	99.99	0.30	5.8	불균일	2	120
비교 실시예 2	UA5055	99.99	0.30	5.8	불균일	2	120
비교 실시예 3	UA5055	99.99	0.30	5.8	불균일	2	120
비교 실시예 4	UA5055	99.99	0.30	5.8	불균일	2	120	질산마그네슘	500
비교 실시예 5	AA2	99.99	2.00	3.0	다면체	1	50	질산마그네슘	500
비교 실시예 6	AA04	99.99	0.40	10.0	다면체	1	209	질산마그네슘	500
비교 실시예 7	바이엘	99.50	0.60	6.6	불균일	3	790	질산마그네슘	500
비교 실시예 8	미립자 알루미나	99.99	0.05	3.0	불균일	5	여과 불능	질산마그네슘	500

	성형 방법	소결 온도	소결체의 밀도	소결체의 순도	세공수	세공수	부식 시험	부식전 세공 면적	부식후 세공 면적
		℃	g/㎤	알루미나 %	≤10㎛	≥10㎛		%	%
실시예 1	프레스 성형	1650	3.974	99.99	12	0	○	≤0.01	0.02
실시예 2	슬립 프레스 성형	1650	3.977	99.99	18	0	○	≤0.01	0.02
실시예 3	프레스 성형	1550	3.975	99.99	15	0	○	≤0.01	0.02
실시예 4	프레스 성형	1600	3.980	99.99	5	0	○	≤0.01	0.01
실시예 5	프레스 성형	1750	3.971	99.99	15	0	○	≤0.01	0.02
실시예 6	프레스 성형	1550	3.984	99.98	7	0	○	≤0.01	0.02
실시예 7	프레스 성형	1600	3.982	99.95	4	0	○	≤0.01	0.01
실시예 8	프레스 성형	1600	3.982	99.99	5	0	○	≤0.01	0.01
실시예 9	슬립 프레스 성형	1600	3.983	99.95	4	0	○	≤0.01	0.02
실시예 10	프레스 성형	1600	3.980	99.90	5	0	○	≤0.01	0.01
실시예 11	테이프 성형	1550	3.982	99.95	6	0	○	≤0.01	0.02
실시예 12	프레스 성형	1700	3.980	99.99	6	0	○	≤0.01	0.01
실시예 13	프레스 성형	1600	3.981	99.99	7	0	○	≤0.01	0.01
실시예 14	프레스 성형	1600	3.982	99.99	4	0	○	≤0.01	0.01
비교 실시예 1	슬립 프레스 성형	1600	3.935	99.99	다수	65	×	0.08	0.5
비교 실시예 2	프레스 성형	1650	3.945	99.99	다수	50	×	0.11	0.7
비교 실시예 3	프레스 성형	1750	3.950	99.99	다수	35	×	0.15	0.9
비교 실시예 4	프레스 성형	1550	3.972	99.95	다수	34	×	0.08	0.5
비교 실시예 5	프레스 성형	1700	3.900	99.95	다수	46	×	0.11	0.7
비교 실시예 6	프레스 성형	1600	3.900	99.95	다수	69	×	0.15	0.9
비교 실시예 7	프레스 성형	1600	3.870	99.50	다수	다수	×	0.17	2.1
비교 실시예 8	프레스 성형	1500	3.800	99.95	다수	다수	×	0.2	2.3

본 발명은 극히 적은 양의 불순물 및 세공을 함유하여, 다음 품목: 즉, 부식성 용액, 기체 등과 접촉하여 내부식성을 필요로 하는 소자, 예를 들어, 반도체 산업에서 기타 금속 원소의 혼입 및 분진 입자 등의 부착 또는 흡착의 방지를 필요로 하는 제품(예: 실리콘 웨이퍼의 클리닝, 이동 및 표면 가공을 포함한 작업에서 사용하기 위한 진공 척, 진공 핀셋 및 손, 및 추가로 마그네틱 물질용 연마 기구와 같은 제품용 재료); 또는 세공 존재 자체의 방지를 필요로 하는 제품용 재료(예: 하드 디스크용 기판 및 마그네틱 헤드용 기판을 위한 재료, 각종 산업용 거울을 위 한 재료 및 더미(dummy) 웨이퍼용 재료)에 적합한 알루미나 소결체를 제공할 수 있다. 또한, 세공, 즉, 결함의 적은 양으로 인해 바이오세라믹 소자 및 각종 구성 부품으로서 강도 및 내마모성면에서 높은 신뢰성을 갖는 제품을 제공할 수 있다. 또한, 세공으로 인한 광 산란이 일어나지 않기 때문에 표면 평활도가 우수한, 플레이트 및 컵과 같은 장식 소자를 제공할 수 있다.

Claims

실질적으로 파쇄되지 않은 표면을 갖는 다면체 입자를 포함하고, D/H 비(여기서, D는 α 알루미나의 육각형 밀집 격자의 육각형 격자면에 수평인 최대 입자 직경이고, H는 α 알루미나의 육각형 밀집 격자의 육각형 격자면에 수직인 최대 입자 직경이다)가 0.5 이상 내지 3.0 이하이고; 수평균 입자 크기가 0.1㎛ 이상 내지 1.0㎛ 이하이고; D90/D10 비(여기서, D10 및 D90은 각각 누적 입자 크기 분포에서 가장 작은 입자면으로부터의 10% 누적 직경 및 90% 누적 직경에서의 입자 크기이다)가 7 이하인 다면체 형태의 α 알루미나 입자를 포함하는, 순도가 99.99중량% 이상인 알루미나 분말을, 분쇄 매체를 사용하지 않는 기계적 교반에 적용시키면서 초음파 조사에 적용시키거나, 초음파 조사에 적용시킨 다음 분쇄 매체를 사용하지 않으면서 기계적 교반에 적용시켜 용매에 분산된 슬러리를 생성시키는 단계;

상기 슬러리를 건조시키고 성형시켜 미가공체를 제조하는 단계; 및

상기 미가공체를 1400℃ 내지 1800℃의 범위내의 온도에서 공기 대기하에 소결시키는 단계를 포함하는, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제1항에 있어서, 소결제를 가한 알루미나 분말을, 분쇄 매체를 사용하지 않는 기계적 교반에 적용시키면서 초음파 조사에 적용시키거나, 초음파 조사에 적용시킨 다음 분쇄 매체를 사용하지 않으면서 기계적 교반에 적용시켜 용매에 분산된 슬러리를 생성시키는, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제1항에 있어서, 다결정질 알루미나 소결체내의 세공의 최대 직경이 10㎛ 이하이고, 1㎟당 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 입자의 수가 20개 이하이고, 알루미나 순도가 99.99중량% 이상이고, 소결체의 밀도가 3.970g/㎤ 이상인, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제2항에 있어서, 다결정질 알루미나 소결체내의 세공의 최대 직경이 10㎛ 이하이고, 1㎟당 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 입자의 수가 10개 이하이고, 알루미나 순도가 99.99중량% 이상이고, 소결체의 밀도가 3.975g/㎤ 이상인, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제2항에 있어서, 소결제를 알루미나 분말에 산화물로 환산하여 10ppm 이상 내지 2000ppm 이하의 양으로 첨가하는, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제2항에 있어서, 소결제를 알루미나 분말에 산화물로 환산하여 10ppm 이상 내지 70ppm 이하의 양으로 첨가하는, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제2항에 있어서, 소결제가 알칼리 토금속 화합물 및 규소 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물인, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
제2항에 있어서, 소결제가 마그네슘 화합물인, 다결정질 알루미나 소결체의 제조방법.
알루미나 소결체내의 세공의 최대 직경이 10㎛ 이하이고, 1㎟당 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 입자의 수가 20개 이하이고, 알루미나 순도가 99.99중량% 이상이고, 소결체의 밀도가 3.970g/㎤ 이상인, 제1항의 방법에 의해 제조되는 알루미나 소결체로부터 수득된 반도체 제조용 장치 소자.
알루미나 소결체내의 세공의 최대 직경이 10㎛ 이하이고, 1㎟당 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 입자의 수가 20개 이하이고, 알루미나 순도가 99.99중량% 이상이고, 소결체의 밀도가 3.970g/㎤ 이상인, 제1항의 방법에 의해 제조되는 알루미나 소결체로부터 수득된 바이오세라믹스.
알루미나 소결체내의 세공의 최대 직경이 10㎛ 이하이고, 1㎟당 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 입자의 수가 10개 이하이고, 알루미나 순도가 99.99중량% 이상이고, 소결체의 밀도가 3.975g/㎤ 이상인, 제2항의 방법에 의해 제조되는 알루미나 소결체로부터 수득된 반도체 제조용 장치 소자.
알루미나 소결체내의 세공의 최대 직경이 10㎛ 이하이고, 1㎟당 1㎛ 이상 내지 10㎛ 이하인 입자의 수가 10개 이하이고, 알루미나 순도가 99.99중량% 이상이고, 소결체의 밀도가 3.975g/㎤ 이상인, 제2항의 방법에 의해 제조되는 알루미나 소결체로부터 수득된 바이오세라믹스.