JP2005008504A - Method of manufacturing spherical powder, spherical oxide powder and oxide powder - Google Patents

Method of manufacturing spherical powder, spherical oxide powder and oxide powder Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method or the like of manufacturing spherical powder by which raw material powder is stably supplied in an excellently dispersed state to suppress the formation of macro-particles or unmelted particles caused by aggregated particles. <P>SOLUTION: An additive such as a silane coupling agent is added to raw material powder 100a to be supplied to a spherical powder manufacturing apparatus 10 to prevent aggregation. The raw material powder 100a into which the additive is added is charged to a combustion flame F produced by a burner 30 and, after being melted, moved to the outside of the combustion flame F to be cooled and solidified to a spherical shape. The aggregation of the raw material powder 100a is disintegrated by jetting an aggregation disintegrating gas from the outer circumferential side of a raw material powder supply pipe into the inside. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状粉末の製造方法、球状酸化物粉末、酸化物粉末に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、塗料、コンポジット材料等のセラミックスフィラーの製造において、粉末の分散性、充填性、および流動性を向上させるために、粉末の粒子には、球状で表面が平滑である等の特性が必要とされている。
粉末の粒子を球状化させるためには、ゾルゲル法や噴霧熱分解法等の合成法を利用し、球状粒子を直接作る方法があるが、コストや生産量の制限がある。
【0003】
粉末の粒子を球状化する他の方法としては、燃焼炎や熱プラズマ等の火炎中や、高温電気炉中で粒子を浮遊状態で溶融させ、液体の表面張力を利用して丸くする方法があり、燃焼炎を用いて原料粉末を溶融することにより球状の粉末(球状粉末)を得る方法が一般には用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
ここで、燃焼炎を用いた球状粉末製造装置における処理の流れを説明する。まず、フィーダから供給された原料粉末は、キャリアガスとともに、バーナに搬送される。このバーナには酸素供給手段から酸素が、燃焼ガス供給手段からLPG等の燃焼ガスがそれぞれ供給されており、バーナによって、バーナの下部に設けられたチャンバ内に燃焼炎が生成される。そして、チャンバ内の燃焼炎中で溶融され球状化された原料粉末は、後段のサイクロンやバグフィルタで回収されるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2003−40680号公報(特許請求の範囲)
【0005】
なお、本願明細書中において、粉末とは粒子の集合体を指しており、本来であれば粒子の集合体として粉末と呼ぶのが適当と判断される場合には「粉末」と称し、粉末を構成する単位としての「粒子」と呼ぶのが適当と判断される場合は「粒子」と呼ぶのが好ましいが、実質的にはその基本単位が共通であることから、以下の説明では、特に「粒子」と呼ぶのが好ましい場合を除き、基本的に「粉末」と称することとする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
原料粉末の粒径は、最終的に得ようとする球状粉末の粒径を考慮して決定される。ところが、原料粉末はフィーダに収容されている間に自然凝集してしまう。特に、原料粉末の平均粒径が微細な場合には、自然凝集の程度が著しい。自然凝集した原料粉末がそのままバーナに供給されて溶融処理されると、本来意図していた粒径の数倍の粒径を有する巨大粒子が発生するか、主として凝集体の発生に起因する燃焼炎内部の局所的な温度の低下等により未溶融粒子が発生してしまう。
また、原料粉末の粒径が微細になると、球状粉末製造装置における供給系統において流動性が急激に悪くなる。粉末の流動性が悪いと、フィーダのホッパー内でブリッジングを起こし、供給が止まることがある。また、バーナまでの供給パイプやバーナ内に原料粉末が詰まり、供給が止まったり、脈動がひどくなったりする問題を引き起こす。脈動が発生すると、大量の原料粉末が一気に火炎に入り、溶けきれずにそのまま製品に混入したり、大きな塊のまま溶融されて巨大粒子の発生をもたらしたりするトラブルを引き起こす。
このように、微細な球状粉末の製造においては、いかに原料粉末の分散性および流動性を確保し、安定して良好な分散状態で原料粉末を供給することが課題となっている。
【0007】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、安定して良好な分散状態で原料粉末を供給し、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制できる球状粉末の製造方法等を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
従来、上記のような球状粉末製造装置では、平均粒径が1〜10μmの球状粉末を製造していたが、平均粒径1〜2μm、最大粒径5μmといった、より厳しい条件で球状粉末を製造しようとすると、上記したような課題が非常に顕著なものとなり、球状粉末の安定した製造に差し支えが生じるほどであった。
そこで本発明者らが、原料粉末の表面改質処理方法および様々な処理剤の検討を行った過程で、カップリング剤に注目した。カップリング剤は、有機物と無機物の橋渡しを行うために主に用いられるものであるが、原料粉末にカップリング剤で表面処理を施すことで原料粉末の凝集防止を図れるのではないか、と考えるに至ったのである。
【0009】
そこでなされた本発明の球状粉末の製造方法は、原料粉末をカップリング剤で表面処理する表面処理工程と、表面処理した原料粉末をバーナで発生する燃焼炎中に投入し、燃焼炎内で溶融させることにより球状化させ、さらに原料粉末が燃焼炎外に移動して凝固することで球状粉末を得る球状粉末生成工程と、を備えることを特徴とする。
このとき、表面処理工程では、原料粉末とカップリング剤を、水を溶媒として混合した後、水分を除去することにより原料粉末を表面処理するのが有効である。これは、原料粉末をボールミル等で所定粒径に粉砕する工程で元々乾燥工程があり、この乾燥工程の前にカップリング剤で処理を施せば、乾燥工程で水分を除去できるので、工程数をほとんど増やさず、またコスト増を招くことなくできるからである。
【0010】
このようなカップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等が好適である。シランカップリング剤で処理した処理物は、チタネート系カップリング剤で処理した処理物よりも潤滑性に優れる。このため、本発明の用途としては、どちらかと言えばシランカップリング剤、特にメチルトリメトキシシランを用いるのが好ましい。
カップリング剤の原料粉末に対する添加量は、0.1〜3.0重量%とするのが好ましく、より好ましくは0.5〜1.5重量%、特に0.5〜1.0重量%とするのが好ましい。
【0011】
ところで、球状粉末生成工程にて、バーナで発生する燃焼炎中に投入される原料粉末は、原料粉末が凝集状態にあるときにこれを分散させる分散手段により分散することもできる。
このような分散手段としては、原料粉末を衝突させることで凝集状態の原料粉末を分散させる構成のもの等、様々なものと用いることができるが、特に、原料粉末を燃焼炎中に供給するための流路に対し、所定の角度でガスを噴射させる構成のものが好適である。
【0012】
上記したような、請求項1から6のいずれかに記載の球状粉末の製造方法によって、平均粒径が5μm以下、最大粒径が10μm以下、より望ましくは平均粒径が3μm以下、最大粒径が5μm以下である球状酸化物粉末を製造することができる。
その場合、原料粉末としては、酸化物の粉末の表面を凝集防止のためカップリング剤によって表面処理し、その平均粒径が5μm以下であることを特徴とする酸化物粉末を用いるのが好ましい。つまりこの原料粉末は、燃焼炎内で溶融することにより球状粉末を得るためのものであって、酸化物の粉末の表面を凝集防止のためカップリング剤によって表面処理し、その平均粒径が5μm以下であることを特徴とする酸化物粉末とすることができるのである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施の形態では、原料粉末に対し、その分散性および流動性を高めるための前処理を施した後、この原料粉末を球状粉末製造装置に供給し、バーナの燃焼炎中に投入することで、球状粉末を得る。また、燃焼炎を生じさせるバーナに、原料粉末の凝集を解砕するための機構を設ける構成とする。
【0014】
原料粉末に添加する添加剤としては、分散材、表面処理材として用いられる有機物には、高級炭化水素、高級アルコール等、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等があるが、この中でも、カップリング剤が好ましく、特にシランカップリング剤が好適である。
シランカップリング剤は、酸化物である原料粉末の表面のOHに対し、加水分解することで水素結合し、その表面を覆うシラン膜を形成する。その後、表面にシラン膜が形成された原料粉末を乾燥させることで、脱水縮合反応し、強固な化学結合となる。その結果、原料粉末は、吸水性が低下し、安定した状態となる。
このようなシランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、具体的にはGE東芝シリコーン株式会社製のTSL−8113(商品名)が好適である。
ここで、添加剤の原料粉末に対する添加量は、粉末の比表面積にもよるが、平均粒径1〜5μmの粉末では、0.5重量%以上、さらには0.5重量%以上1.5重量%以下とするのが好ましい。
【0015】
このような添加剤は、例えば水や溶剤を溶媒とし、この溶媒中で原料粉末と混合した後に乾燥させるのが好ましい。
なおここで、溶媒としては、水を用いるのが好ましい。所定粒径の原料粉末を生成するに際し、一般的には、原料をボールミル等で粉砕後、これを乾燥させている。したがって、溶媒として水を用いる場合、水を溶媒として原料粉末に混合して粉砕した後、これを乾燥させれば、元々ボールミル等の粉砕工程で行われていたろ過および乾燥工程で溶媒としての水分を除去することができ、特別な工程が不要となる。なお、乾燥工程では、例えば100℃の乾燥炉中で所定時間加熱することで、水を蒸発させ、原料粉末を乾燥させることができる。
【0016】
図1は、上記のようにして添加剤が添加された原料粉末を原料とし、球状粉末を生成するための球状粉末製造装置の構成を説明するための図である。
図1に示すように、球状粉末製造装置10は、チャンバ20、チャンバ20の上部に設けられたバーナ30を有する。チャンバ20の下部には、回収容器41とサイクロン42とから構成される処理粉末回収手段と、ガス排出手段50が設けられている。
【0017】
チャンバ20は、例えば耐熱性の高いSUS、アルミナ等で形成され、上下方向に軸線を有した円筒状で、同一の内径を有する円筒壁部20aと、その下端部に連続して形成され、下方に行くにしたがい内径が徐々に小さくなるテーパ部20bとを有している。
チャンバ20の上部は開口しており、この開口部に蓋体21が設けられている。この蓋体21は、チャンバ20の中央部に臨む位置にバーナ30を備えている。
【0018】
バーナ30自体の詳細な構成は後述するが、このバーナ30は多重管構造をなし、各々の領域に、原料粉末(酸化物の粉末)100aを供給する原料粉末供給系統31、支燃ガスとして酸素を供給する酸素供給系統32および燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給系統33が接続されている。
【0019】
原料粉末供給系統31から供給する原料粉末100aとしては、例えば誘電体材料、磁性材料として用いられる酸化物組成物を用いることができる。誘電体材料としては、例えば、チタン酸バリウム系、チタン酸鉛系、チタン酸カルシウム系、チタン酸ストロンチウム系、二酸化チタン系、バリウム・ネオジ・チタニウム系(BNT系)の酸化物を挙げることができる。磁性材料としては、例えば、Mn−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライト、Mn−Mg−Zn系フェライト、Ni−Cu−Zn系フェライト等を挙げることができる。また、FeやFe等の酸化鉄を原料粉末100aとして用いることもできる。
原料粉末100aの粒径は、最終的に得たい球状粉末の粒径に応じて適宜定めればよい。例えば、最終的に平均粒径1〜2μmの球状粉末を得たい場合には、1〜2μmの原料粉末100aを用いることができる。
【0020】
原料粉末100aの供給は、空気、酸化性ガス、不活性ガス等のキャリアガスを用いて行われる。酸化性ガスとしては、酸素濃度が20%以上のガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Nガス、Heガス、Neガス、Arガス、Krガス、Xeガス、Rnガス等を用いることができる。
【0021】
このようなバーナ30は、酸素供給系統32から供給される酸素と燃焼ガス供給系統33から供給される燃焼ガスとをチャンバ20内の下方に向けて噴出しつつ、これに着火することで、チャンバ20中央部の上部に、燃焼炎Fを生成する。
燃焼炎Fを得るための燃焼ガスは、特に制限されない。LPG、水素、アセチレン等公知の燃焼ガスを用いることができる。
【0022】
原料粉末100aは、燃焼炎F中に投入され、自然落下しながら燃焼炎F中に所定時間滞留し、燃焼炎Fの熱によって溶融され、または化学的・物理的修飾を受け、チャンバ20内を落下する。このとき、原料粉末100aは、チャンバ20内を落下する間にその温度が低下し、凝固する。
このようにして燃焼炎Fを通過した原料粉末100aは、処理粉末100bとなる。なお、化学的・物理的修飾とは、原料粉末100aの物質形態、純度、粒子サイズ、粒子構造、形状もしくは表面性状を変化させることを意味する。
【0023】
上記のような処理が行われるチャンバ20のテーパ部20bの下端部には、回収容器41が接続されている。この回収容器41の側面には、サイクロン42が接続されている。
チャンバ20内を落下した処理粉末100bは、回収容器41の底部に堆積し、またその一部はガスとともにサイクロン42に送り込まれる。
サイクロン42では、処理粉末100bが混在したガスの気体(ガス)と固体(処理粉末100b)とを上下に分離する。ガスと分離された処理粉末100bはサイクロン42の底部に堆積する。
これら回収容器41およびサイクロン42の底部に堆積した処理粉末100bを回収することで、球状の処理粉末(球状粉末、球状酸化物粉末)100cを得ることができるのである。
また、サイクロン42の上部にはバグフィルタ等のフィルタ装置52が接続され、サイクロン42から排出されるガスに残存する処理粉末100cを、フィルタ本体52aで回収し、ガスのみを、排風機53を介して、排出管54から排出するようになっている。
【0024】
次に、図2および図3を用いて、バーナ30について詳述する。
ここで、図2はバーナ30の断面図である。また、図3(a)は図2のA−A断面図、図3(b)は図2のB−B断面図、図3(c)は図2のC−C断面図である。以下、原料粉末100aの流れを基準として、図2の紙面左側をバーナ30の上流側、紙面右側をバーナ30の下流側という。
図2および図3に示すように、バーナ30は、略円筒状のアウターケース80内に、アウターケース80と同心円上に配置された原料粉末供給管(流路)60を有し、さらに、原料粉末供給管60の外周を取り囲むようにして所定本数の酸素供給管70が配列されている。
【0025】
アウターケース80の上流側には、燃焼ガス供給系統33に接続されたチャンバ33aと、酸素供給系統32に接続されたチャンバ32aとが設けられている。そして、酸素供給管70は、チャンバ33aを貫通し、酸素供給系統32に接続されたチャンバ32aにその端部が開口するよう設けられている。
そして、酸素供給系統32から供給された支燃ガスとしての酸素は、チャンバ32a内に供給され、酸素供給管70内に流入し、バーナ30の下流側の開口から噴出するようになっている。また、燃焼ガス供給系統33から供給されたLPG等の燃焼ガスは、チャンバ33aに供給され、アウターケース80の内側で、かつ酸素供給管70の外側の空間を通り、バーナ30の下流側の開口から噴出するようになっている。
これにより、バーナ30の下流側では、LPG等の燃焼ガスと酸素等の支燃ガスとが噴出し、これに着火することで燃焼炎Fが発生するようになっている。
【0026】
また、原料粉末供給管60は、チャンバ32a、33aを貫通し、その上流側は、図示しないフィーダに接続され、下流側は、バーナ30の下流側にて開口している。フィーダからキャリアガスによって搬送される原料粉末100aは、原料粉末供給管60を通り、バーナ30の下流側の開口部から燃焼炎F内へ供給されるようになっている。
【0027】
この原料粉末供給管60には、原料粉末100aの凝集を解砕するための機構が設けられている。このため、原料粉末供給管60の中間部には、周方向に連続するスリット61(あるいは周方向に間隔を有して形成された複数のスリット)が形成されている。
原料粉末供給管60は、原料粉末供給管60の外径よりも所定寸法大きな内径を有した外筒62内に、同心状に設けられている。ここで、原料粉末供給管60のスリット61よりも下流側にて、原料粉末供給管60と外筒62との隙間には、円筒状のスリーブ63が設けられ、このスリーブ63に支持される形で、原料粉末供給管60は外筒62の中心部に位置している。
【0028】
外筒62も、原料粉末供給管60と同様、チャンバ32a、33aを貫通しており、その上流側の端部にて、外筒62と原料粉末供給管60との隙間に、凝集解砕用ガスGが送り込まれるようになっている。外筒62と原料粉末供給管60との隙間の寸法Lは、例えば0.5〜10mmとすることができる。この寸法Lを適宜設定することで、凝集解砕用ガスGの流量および速度を制御することが可能である。
ここで、凝集解砕用ガスGとしては、上述したキャリアガスと同様のもの、つまり空気、酸化性ガス、不活性ガス等を用いることができる。また、燃焼ガスとして挙げたLPG、水素、アセチレン等を凝集解砕用ガスGとして用いてもよい。
【0029】
スリット61の下流側において、スリット61の端面61aとスリーブ63の端面63aは連続し、原料粉末供給管60の軸線に対し、所定の角度θで交差するテーパ面64を形成している。また、スリット61の上流側において、スリット61の端面61bも、原料粉末供給管60の軸線に対し、所定の角度θでほぼ交差するように形成されている。
【0030】
これにより、外筒62と原料粉末供給管60との隙間に送り込まれた凝集解砕用ガスGは、スリット61の部分から原料粉末供給管60内に流入する。このとき、原料粉末供給管60の軸線に対し所定の角度θで交差するように形成されたテーパ面64により、凝集解砕用ガスGは、原料粉末供給管60内でキャリアガスおよび原料粉末100aの流れに対し、所定角度で交差するように、原料粉末供給管60内に噴出することになる。これにより、原料粉末100aが燃焼炎F内へ供給される前に、搬送中の原料粉末100aに対して凝集解砕用ガスGを噴射し、原料粉末100aの凝集を解砕するのである。
ここで、凝集解砕用ガスGは、原料粉末供給管60の軸線に対し5〜85°の角度で噴射することが望ましい。その角度が5°未満の場合には、凝集解砕用ガスGによって与えられる原料粉末100aに対する衝撃が小さく、原料粉末100aから構成される凝集粒子を十分に解砕することが困難であり、また噴射角度が85°を超えると、原料粉末100aが原料粉末供給管60やテーパ面64の内壁に付着しやすいからである。
凝集解砕用ガスGの噴射角度を5〜85°とするには、テーパ面64の、原料粉末供給管60の軸線に対して交差する角度θで5〜85°とすれば良い。
また、凝集解砕用ガスGのより望ましい噴射角度は15〜75°、さらに望ましくは20〜60°である。
【0031】
また、スリット61のサイズは、原料粉末供給管60のサイズや原料粉末100aの処理量に応じて適宜設定すればよい。スリット61の軸方向の位置は、燃焼炎Fまでの距離を考慮して決定する。具体的には、燃焼炎Fまでの距離が10〜300mmの範囲となるようにして、原料粉末供給管60にスリット61を形成する。スリット61から燃焼炎Fまでの距離が10mm未満になると、確実に凝集粒子を解砕した上で、燃焼炎Fに原料粉末100aを供給することが困難となる。一方、スリット61から燃焼炎Fまでの距離が300mmを超えると、一旦凝集が解砕された原料粉末100aが、搬送されている間に再凝集するおそれがあるため、好ましくない。
【0032】
このような構成の球状粉末製造装置10では、その前段にて添加剤が添加された原料粉末100aを、図示しないフィーダからキャリアガスによって原料粉末供給管60を通して搬送し、バーナ30の先端部から燃焼炎F中に投入する。これによって原料粉末100aが溶融し、さらに燃焼炎F外に移動することで冷却・凝固して球状化処理が施され、最終的に処理粉末100cを得ることができるようになっている。
得られた処理粉末100cは、結晶性の良い緻密な粒子や、単結晶粒子や、球形の粒子(球状度の高い粒子)からなる粉末等、処理する目的に応じた、優れた特性を有する。このような処理粉末100cを他の材料と組合せたり、混合する等して用いることにより、優れた特性を有する製品や特殊な構造や機能を有する材料や部品を得ることができる。具体的には、高周波用フィルタ等を得ることができる。
【0033】
上述したように、球状粉末製造装置10に対して供給する原料粉末100aに、凝集を防止するための添加剤を添加するようにした。これにより、従来に較べ、バーナ30に供給するために原料粉末100aが図示しないフィーダ内に収容されている間に自然凝集しにくく、また搬送中においても凝集しにくくなる。
また、フィーダ内に収容されている間に原料粉末100aが若干自然凝集してしまった場合も、原料粉末供給管60の外周側からその内部に凝集解砕用ガスGを噴射することで、原料粉末100aの凝集を解砕することが容易にできる。
これにより、凝集が解砕され、良好な分散状態で原料粉末100aを燃焼炎F内に導入することが可能となり、巨大粒子や未溶融粒子の発生を抑制することができる。
【0034】
その結果、従来方式の構成に比較し、巨大粒子の発生および未溶融粒子の発生を大幅に抑制することができ、生成される球状粉末の品質を安定・向上させることができる。仮に巨大粒子が発生すると、燃焼炎Fの温度低下、温度分布の不均一化が生じ、原料粉末100aの溶融を確実に行うことが困難となり、それにともなって未溶融粒子の発生が増加することとなる。また、巨大粒子の発生率が増加すると、原料粉末100aの粒径と球状粉末の粒径との対応関係をとることが困難となり、球状粉末の粒度分布の制御も困難となる。これに対し、本実施の形態における構成によれば、原料粉末100aに添加剤を添加することで原料粉末100aの凝集を防止することができ、しかも、原料粉末100aが凝集したとしても、原料粉末100aが燃焼炎F内に供給されて溶融される段階では、すでにその凝集が解砕されている。その結果、原料粉末100aの粒径と球状粉末の粒径との対応関係をとることができ、球状粉末の粒度分布の制御も容易である。これにより、所望の粒度分布を有する球状粉末を確実に得ることができる。
【0035】
【実施例】
ここで、添加剤の添加による凝集防止効果の評価を行ったのでその結果を示す。
原料:原料には、MR2粉を用いた。
添加剤:添加剤には、シランカップリング剤(GE東芝シリコーン株式会社製、TSL−8113(商品名))を用いた。
上記のような原料と添加剤、および純水(水)を以下のような配合比で混合した。
条件1:原料粉末800g、添加剤0重量%、純水400g
条件2:原料粉末800g、添加剤0.1重量%、純水400g
条件3:原料粉末800g、添加剤0.3重量%、純水400g
条件4:原料粉末800g、添加剤0.5重量%、純水400g
条件5:原料粉末800g、添加剤0.8重量%、純水400g
条件6:原料粉末800g、添加剤1.0重量%、純水400g
条件7:原料粉末800g、添加剤1.2重量%、純水400g
条件8:原料粉末800g、添加剤1.5重量%、純水400g
条件9:原料粉末800g、添加剤2.0重量%、純水400g
ここで、添加剤の量は、原料の量を基準としたものである。
【0036】
また、混合は、条件1〜9の原料、添加剤、純水を、ボールミル混合用のメディアを用いず、単純混合したものを試料1〜9とし、また、一部の条件4、6、8の原料、添加剤、純水を、メディアを用いてボールミル混合したものを試料10、11、12とした。
【0037】
このようにして得られた混合後の原料、添加剤、純水の混合物を、乾燥炉中にて100℃で8時間分間加熱し、水分を除去して乾燥させ、原料粉末100aを得た。
乾燥後の原料粉末100a(試料1〜12のそれぞれ)は、74μmの開口を有した篩を通した後、以下の流動性評価を行なった。
【0038】
流動性の評価には、それぞれ、φ27mmのステンレス製粉末ロートに250gの原料粉末100aを入れ、粉末ロートからの流出時間を計測した。
また、500μmのメッシュを通して原料粉末100aを、下方に位置させた約20mlのセル(容器)上に落とし、これによって頂点を持つ原料粉末100aの山をセル上に形成し、形成された山の安息角(セル表面に対する山の斜面の角度)を計測した。
さらに、セルの上方に突出した山の部分の粉末を、ヘラでセルの上面に沿ってすり切るようにして除去した後、セルに充填された粉末重量を計測し、セルの容量に基づき嵩密度を算出した。
表1および図4、図5は、その結果を示すものである。なお、表1は、ボールミルで混合した試料10、11、12についての結果である。
【0039】
【表1】

Figure 2005008504
【0040】
表1に示すように、ボールミルで混合した試料10、11、12は、非常に短時間でロートから流れ出し、流動度も、特に試料11、12では特に大きくなっている。
また、表1、図4、図5に示すように、単純混合した試料1〜8、ボールミルで混合した試料10、11、12の双方とも、安息角は、添加剤の添加量が多いほど小さくなり、また嵩密度も高くなる傾向を示している。
これにより、添加剤の添加によって原料粉末100aの流動度が高められることが明らかである。
【0041】
続いて、得られた原料粉末100a(試料1〜12)を、球状粉末製造装置10のフィーダ(図示無し)に投入し、バーナ30で生じる燃焼炎Fによって球状化させた。
このとき、バーナ30では、酸素供給系統32から酸素を113L/minの流量で供給し、燃焼ガス供給系統33からLPGを15L/minの流量で供給して燃焼炎Fを発生させ、原料粉末供給系統31ではキャリアガスとしてNガスを70L/minの流量で供給しつつ、フィーダを1.20rpmで駆動することで原料粉末100aを燃焼炎F中に供給して溶融するようにした。
そして、溶融時の原料粉末100aの供給状況を観察した。
その結果、添加量0.5重量%以上の試料4〜12では、原料粉末100aの供給をスムースに行うことができた。ただし、添加量が1.5重量%以上の試料7、8、9、12については、大量の原料粉末100aが急激に出る現象が認められた。
【0042】
さらに、上記の溶融処理を行い、処理粉末100cを回収した後に、バーナ30におけるキャリアガス(Nガス)の流量を120〜140L/minに上げ、また振動を与えたりして、原料粉末供給系統31の配管中や、バーナ30の内部に残存している原料粉末100aを噴出させ、燃料炎F中で溶融させた。そして、得られる処理粉末100cを回収した。
その結果、添加量0.5重量%以上では、処理粉末100cがほとんど回収されなかった。つまりこれにより、添加量0.5重量%以上では、バーナ30の詰まり等は生じていないことがわかる。
【0043】
また、上記の溶融処理において、バーナ30から噴射される処理粉末100cの粒度分布を評価するための実験を行った。
これには、図6に示すように、バーナ30の原料粉末供給管60および原料粉末100aの凝集を解砕するための機構(スリット61)の部分を用い、燃焼炎Fを生じさせることなくそのまま原料粉末100aを噴射させた。このとき、凝集解砕用ガスGとしてNガスを30L/minの流量で流して原料粉末100aを噴射させ、飛行中の原料粉末100aの粒度分布を、SYMPTEC社のHELOS&RODOS乾式粒度分布計(以下、単に粒度分布計と称す)90で測定した。具体的には、バーナ30から噴射させた原料粉末100aを、粒度分布計90のレーザ光源91と受光・測定部92との間を通すことで粒度分布を測定した。レーザ光源91と受光・測定部92との間を通過した原料粉末100aは、回収部93で回収した。
【0044】
図7はその結果を示すものである。この図7に示すように、溶融(混合)前の原料(未処理)に対し、シランカップリング材で事前処理した試料3、4、5、6、9は、5μm以上の凝集体が少なく、特に、添加量が0.8%の試料5、1.0%の試料6、2.0%の試料9では良好な粒度分布が得られている。
【0045】
加えて、上記の溶融処理後に得られた処理粉末100cの粒度分布を評価した。その結果を図8および図9に示す。ここで、図8は、単純混合した試料1〜9、および溶融(混合)前の原料そのものについての粒度分布である。また、図9は、ボールミルを用いて混合した試料10〜12、および原料についての粒度分布である。
図8に示すように、単純混合した試料1〜9においては、いずれの添加量においても、溶融前の原料の粒度分布のピークに対し、溶融後の試料1〜9の粒度分布のピークが大きい側にシフトしている。
また、添加物を添加した試料2〜9においては、図8中符号(P)の部分で示すように、添加物の添加量が0〜0.3重量%、1.2〜2.0重量%の試料1〜3、7〜9に比較し、添加物の添加量が0.5〜1.0重量%の試料4〜6において、粒子の最大粒径が明らかに小さい。これは、添加物の添加量が0〜0.3重量%、1.2〜2.0重量%の試料1〜3、7〜9では10μm以上の巨大粒子が多く、添加物の添加量が0.5〜1.0重量%の試料4〜6では巨大粒子が少ないことを示している。
つまりこれにより、添加物の添加量を0.5〜1.0重量%とすることで、最大粒径が小さくなることが明らかである。
【0046】
図9に示すように、ボールミル混合した試料10〜12においても、粒度分布のピークが大きい側にシフトしているが、10μm以上の巨大粒子が少なく(あるいは認められず)、最大粒径を小さくできた。
ボールミル混合した試料10〜12は、単純混合の場合において良好な結果が得られる添加物の添加量(0.5〜1.0重量%)に対応している。それぞれ同条件の単純混合した試料4、5、6と比較すると、ボールミル混合した試料10〜12の方が、最大粒径が小さく、さらに粒度分布のピークが小さい側にシフトしていることがわかる。これにより、ボールミル混合した方が、平均粒径、最大粒径ともに小さくできると言える。
【0047】
上記のような評価結果から、添加剤を添加することで原料粉末100aの分散性および流動性を向上させることができることが明らかである。また、その添加量は、0.5〜1.0重量%程度とするのが好ましく、特にこの範囲では、最大粒径を有効に小さくすることができることがわかる。0.5重量%以下では分散性および流動性が足りず、スムースな供給ができない。また1.5重量%以上だと逆に分散性および流動性が良すぎて、粉体が崩壊しやすいので、フィーダでの供給において、雪崩のように原料粉末100aが大量に出る現象が発生し、溶融不足や巨大粒子の原因となる。
【0048】
なお、上記実施の形態では、キャリアガスによって搬送される原料粉末100aに対し、所定角度で凝集解砕用ガスGを噴射することのできるバーナ30の具体的な構造を例示したが、同様の機能を果たすことができるのであれば、適宜他の構造を採用することが可能である。
また、球状粉末製造装置10のさらに他の部分については、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態に示した構成を取捨選択したり、他の構成への変更、他の構成の追加等を適宜行うことが可能である。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、添加剤を添加することで、原料粉末の分散性および流動性を向上させることができ、安定して良好な分散状態での原料粉末の供給を可能とし、また、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態における粒状粉末製造装置の構成を示す断面図である(バーナは断面視していない)。
【図2】バーナの構成を示す断面図である。
【図3】(a)は図2のA−A断面図、(b)は図2のB−B断面図、(c)は図2のC−C断面図である。
【図4】本発明の実施例を示すもので、添加剤の添加量と安息角の関係を示す図である。
【図5】同、添加剤の添加量と嵩密度との関係を示すものである。
【図6】同、バーナから噴射された状態での粒径分布を計測するための装置構成を示す図である。
【図7】同、図6の装置で計測した粒径分布を示す図である。
【図8】同、単純混合の場合の粒径分布を示す図である。
【図9】同、ボールミルの場合の粒径分布を示す図である。
【符号の説明】
10…球状粉末製造装置、20…チャンバ、30…バーナ、31…原料粉末供給系統、60…原料粉末供給管(流路)、61…スリット、62…外筒、64…テーパ面、100a…原料粉末(酸化物の粉末)、100c…処理粉末(球状粉末、球状酸化物粉末)、F…燃料炎、G…凝集解砕用ガス、θ…角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a spherical powder, a spherical oxide powder, and an oxide powder.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the production of ceramic fillers such as paints and composite materials, in order to improve the dispersibility, filling properties, and fluidity of the powder, the powder particles must have characteristics such as a spherical shape and a smooth surface. Has been.
In order to spheroidize powder particles, there is a method of directly producing spherical particles using a synthesis method such as a sol-gel method or a spray pyrolysis method, but there are limitations on cost and production volume.
[0003]
Other methods for spheroidizing powder particles include melting them in a flame such as a combustion flame or thermal plasma or in a high-temperature electric furnace in a floating state and rounding them using the surface tension of the liquid. A method of obtaining a spherical powder (spherical powder) by melting a raw material powder using a combustion flame is generally used (see, for example, Patent Document 1).
Here, the flow of the process in the spherical powder manufacturing apparatus using the combustion flame will be described. First, the raw material powder supplied from the feeder is conveyed to the burner together with the carrier gas. The burner is supplied with oxygen from the oxygen supply means and combustion gas such as LPG from the combustion gas supply means, and the burner generates a combustion flame in a chamber provided in the lower part of the burner. The raw material powder melted and spheroidized in the combustion flame in the chamber is collected by a cyclone or a bag filter at the subsequent stage.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2003-40680 A (Claims)
[0005]
In the specification of the present application, the term “powder” refers to an aggregate of particles. If it is originally deemed appropriate to call the powder as an aggregate of particles, it is referred to as “powder”. When it is determined that the term “particle” as a constituent unit is appropriate, it is preferably called “particle”. However, since the basic unit is substantially the same, in the following explanation, in particular, “ Unless referred to as “particles”, it is basically referred to as “powder”.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The particle size of the raw material powder is determined in consideration of the particle size of the spherical powder to be finally obtained. However, the raw material powder naturally aggregates while being accommodated in the feeder. In particular, when the average particle diameter of the raw material powder is fine, the degree of spontaneous aggregation is remarkable. When the naturally agglomerated raw material powder is supplied to the burner as it is and melt-processed, huge particles having a particle size several times the originally intended particle size are generated or a combustion flame mainly due to the generation of aggregates Unmelted particles are generated due to a local decrease in internal temperature.
Moreover, when the particle size of raw material powder becomes fine, fluidity | liquidity will deteriorate rapidly in the supply system in a spherical powder manufacturing apparatus. Poor flowability of the powder can cause bridging in the feeder hopper and stop feeding. In addition, the raw material powder is clogged in the supply pipe to the burner and the burner, causing a problem that the supply is stopped and the pulsation becomes severe. When pulsation occurs, a large amount of raw material powder enters the flame all at once, causing problems such as being mixed into the product as it is without being melted, or being melted as a large lump resulting in the generation of huge particles.
As described above, in the production of fine spherical powder, it is an issue to ensure the dispersibility and fluidity of the raw material powder and supply the raw material powder in a stable and stable state.
[0007]
The present invention has been made on the basis of such a technical problem, and it is possible to supply raw material powder in a stable and good dispersed state, and to suppress the generation of giant particles or unmelted particles caused by aggregated particles. It aims at providing the manufacturing method etc. of powder.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Conventionally, in the spherical powder manufacturing apparatus as described above, a spherical powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm is manufactured. However, a spherical powder is manufactured under more severe conditions such as an average particle diameter of 1 to 2 μm and a maximum particle diameter of 5 μm. When trying to do so, the problems as described above became very remarkable, and there was a problem in the stable production of spherical powder.
Therefore, the present inventors paid attention to the coupling agent in the course of studying the surface modification treatment method of raw material powder and various treatment agents. Coupling agents are mainly used for bridging organic and inorganic substances, but we think that it is possible to prevent aggregation of raw material powder by subjecting raw material powder to surface treatment with a coupling agent. It came to.
[0009]
The spherical powder manufacturing method of the present invention made there is a surface treatment step of surface-treating raw material powder with a coupling agent, and the surface-treated raw material powder is put into a combustion flame generated by a burner and melted in the combustion flame. And a spherical powder generating step of obtaining a spherical powder by moving the raw material powder out of the combustion flame and solidifying it.
At this time, in the surface treatment step, it is effective to surface-treat the raw material powder by mixing the raw material powder and the coupling agent using water as a solvent and then removing the water. This is a process in which the raw material powder is pulverized to a predetermined particle size with a ball mill or the like, and originally there is a drying process.If treatment is performed with a coupling agent before this drying process, moisture can be removed in the drying process, so the number of processes is reduced. This is because it is possible to increase almost without increasing the cost.
[0010]
As such a coupling agent, a silane coupling agent, a titanate coupling agent, etc. are suitable. The treated product treated with the silane coupling agent is superior in lubricity than the treated product treated with the titanate coupling agent. For this reason, it is preferable to use a silane coupling agent, particularly methyltrimethoxysilane, as the application of the present invention.
The addition amount of the coupling agent to the raw material powder is preferably 0.1 to 3.0% by weight, more preferably 0.5 to 1.5% by weight, particularly 0.5 to 1.0% by weight. It is preferable to do this.
[0011]
By the way, in the spherical powder generating step, the raw material powder introduced into the combustion flame generated by the burner can be dispersed by a dispersing means for dispersing the raw material powder when it is in an agglomerated state.
As such a dispersing means, various means can be used such as a structure in which the raw material powder collides with the raw material powder, and in particular, for supplying the raw material powder into the combustion flame. A configuration in which gas is injected at a predetermined angle with respect to the flow path is preferable.
[0012]
According to the method for producing a spherical powder according to any one of claims 1 to 6 as described above, the average particle size is 5 μm or less, the maximum particle size is 10 μm or less, more desirably the average particle size is 3 μm or less, and the maximum particle size is Can produce a spherical oxide powder having a thickness of 5 μm or less.
In this case, as the raw material powder, it is preferable to use an oxide powder characterized in that the surface of the oxide powder is surface-treated with a coupling agent to prevent aggregation, and the average particle size is 5 μm or less. That is, this raw material powder is for obtaining a spherical powder by melting in a combustion flame, and the surface of the oxide powder is surface-treated with a coupling agent to prevent agglomeration, and the average particle size is 5 μm. It can be set as the oxide powder characterized by the following.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
In the present embodiment, the raw material powder is subjected to pretreatment for enhancing its dispersibility and fluidity, and then the raw material powder is supplied to the spherical powder manufacturing apparatus and put into the combustion flame of the burner. To obtain a spherical powder. Moreover, it is set as the structure which provides the mechanism for crushing aggregation of raw material powder in the burner which produces a combustion flame.
[0014]
Additives to be added to the raw material powder include organic substances used as dispersing agents and surface treatment materials, such as higher hydrocarbons, higher alcohols, silane coupling agents, titanate coupling agents, etc. A ring agent is preferable, and a silane coupling agent is particularly preferable.
The silane coupling agent hydrolyzes OH on the surface of the raw material powder that is an oxide to form a silane film that covers the surface by hydrogen bonding. Thereafter, the raw material powder having the silane film formed on the surface is dried to cause a dehydration condensation reaction to form a strong chemical bond. As a result, the raw material powder is in a stable state with reduced water absorption.
As such a silane coupling agent, for example, methyltrimethoxysilane, specifically, TSL-8113 (trade name) manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd. is suitable.
Here, the amount of additive added to the raw material powder depends on the specific surface area of the powder, but in the case of a powder having an average particle size of 1 to 5 μm, it is 0.5% by weight or more, and further 0.5% by weight or more and 1.5%. It is preferable to set it as weight% or less.
[0015]
Such an additive is preferably dried using, for example, water or a solvent as a solvent, mixed with the raw material powder in the solvent.
Here, it is preferable to use water as the solvent. When producing a raw material powder having a predetermined particle size, generally, the raw material is pulverized by a ball mill or the like and then dried. Therefore, when water is used as a solvent, if water is mixed with the raw material powder as a solvent and pulverized, and then dried, moisture as a solvent in the filtration and drying steps originally performed in the pulverization process such as a ball mill Can be removed, and no special process is required. In the drying step, for example, by heating in a drying furnace at 100 ° C. for a predetermined time, water can be evaporated and the raw material powder can be dried.
[0016]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a spherical powder production apparatus for producing a spherical powder using the raw material powder to which an additive has been added as described above as a raw material.
As shown in FIG. 1, the spherical powder manufacturing apparatus 10 includes a chamber 20 and a burner 30 provided on the upper portion of the chamber 20. At the lower part of the chamber 20, a processing powder recovery means composed of a recovery container 41 and a cyclone 42 and a gas discharge means 50 are provided.
[0017]
The chamber 20 is formed of, for example, SUS, alumina, or the like having high heat resistance, and has a cylindrical shape having an axis in the vertical direction. The chamber 20 is formed continuously with a cylindrical wall portion 20a having the same inner diameter and a lower end portion thereof. The taper portion 20b has an inner diameter that gradually decreases as it goes to.
The upper portion of the chamber 20 is open, and a lid 21 is provided in the opening. The lid 21 includes a burner 30 at a position facing the center of the chamber 20.
[0018]
Although the detailed configuration of the burner 30 itself will be described later, the burner 30 has a multi-tube structure, and a raw material powder supply system 31 for supplying a raw material powder (oxide powder) 100a to each region and oxygen as a combustion supporting gas. An oxygen supply system 32 that supplies gas and a combustion gas supply system 33 that supplies combustion gas are connected.
[0019]
As the raw material powder 100a supplied from the raw material powder supply system 31, for example, an oxide composition used as a dielectric material or a magnetic material can be used. Examples of the dielectric material include barium titanate-based, lead titanate-based, calcium titanate-based, strontium titanate-based, titanium dioxide-based, and barium-neodi-titanium-based (BNT-based) oxides. . Examples of the magnetic material include Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, Mn—Mg—Zn ferrite, Ni—Cu—Zn ferrite, and the like. Fe 2 O 3 Or Fe 3 O 4 It is also possible to use iron oxide such as the raw material powder 100a.
The particle size of the raw material powder 100a may be appropriately determined according to the particle size of the spherical powder to be finally obtained. For example, when it is desired to finally obtain a spherical powder having an average particle diameter of 1 to 2 μm, a raw material powder 100a having a diameter of 1 to 2 μm can be used.
[0020]
Supply of the raw material powder 100a is performed using carrier gas, such as air, oxidizing gas, an inert gas. As the oxidizing gas, a gas having an oxygen concentration of 20% or more can be used. As an inert gas, N 2 Gas, He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, Xe gas, Rn gas, or the like can be used.
[0021]
Such a burner 30 ignites the oxygen supplied from the oxygen supply system 32 and the combustion gas supplied from the combustion gas supply system 33 toward the lower side of the chamber 20, thereby igniting the chamber. The combustion flame F is produced | generated to the upper part of 20 center part.
The combustion gas for obtaining the combustion flame F is not particularly limited. Known combustion gases such as LPG, hydrogen, and acetylene can be used.
[0022]
The raw material powder 100a is put into the combustion flame F, stays in the combustion flame F for a predetermined time while falling down naturally, is melted by the heat of the combustion flame F, or is subjected to chemical / physical modification, and the inside of the chamber 20 Fall. At this time, the raw material powder 100a is solidified as its temperature drops while dropping in the chamber 20.
The raw material powder 100a that has passed through the combustion flame F in this way becomes the treated powder 100b. The chemical / physical modification means changing the material form, purity, particle size, particle structure, shape or surface property of the raw material powder 100a.
[0023]
A recovery container 41 is connected to the lower end of the tapered portion 20b of the chamber 20 where the above processing is performed. A cyclone 42 is connected to the side surface of the collection container 41.
The processing powder 100b dropped in the chamber 20 is deposited on the bottom of the collection container 41, and a part of the processing powder 100b is sent to the cyclone 42 together with the gas.
In the cyclone 42, the gas (gas) mixed with the processing powder 100 b and the solid (the processing powder 100 b) are separated vertically. The treated powder 100 b separated from the gas is deposited on the bottom of the cyclone 42.
By collecting the processing powder 100b deposited on the bottoms of the recovery container 41 and the cyclone 42, a spherical processing powder (spherical powder, spherical oxide powder) 100c can be obtained.
A filter device 52 such as a bag filter is connected to the upper part of the cyclone 42, and the processing powder 100 c remaining in the gas discharged from the cyclone 42 is collected by the filter main body 52 a, and only the gas is passed through the blower 53. Thus, the gas is discharged from the discharge pipe 54.
[0024]
Next, the burner 30 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
Here, FIG. 2 is a sectional view of the burner 30. 3A is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2, FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 2, and FIG. 3C is a sectional view taken along the line CC in FIG. Hereinafter, the left side of the paper surface of FIG. 2 is referred to as the upstream side of the burner 30 and the right side of the paper surface is referred to as the downstream side of the burner 30 based on the flow of the raw material powder 100a.
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the burner 30 has a raw material powder supply pipe (flow channel) 60 disposed concentrically with the outer case 80 in a substantially cylindrical outer case 80, A predetermined number of oxygen supply pipes 70 are arranged so as to surround the outer periphery of the powder supply pipe 60.
[0025]
A chamber 33 a connected to the combustion gas supply system 33 and a chamber 32 a connected to the oxygen supply system 32 are provided on the upstream side of the outer case 80. The oxygen supply pipe 70 passes through the chamber 33a and is provided so that an end thereof is opened in the chamber 32a connected to the oxygen supply system 32.
The oxygen as the combustion support gas supplied from the oxygen supply system 32 is supplied into the chamber 32 a, flows into the oxygen supply pipe 70, and is ejected from the opening on the downstream side of the burner 30. Combustion gas such as LPG supplied from the combustion gas supply system 33 is supplied to the chamber 33a, passes through the space inside the outer case 80 and outside the oxygen supply pipe 70, and is an opening on the downstream side of the burner 30. Erupts from.
Thereby, on the downstream side of the burner 30, a combustion gas such as LPG and a combustion supporting gas such as oxygen are ejected, and a combustion flame F is generated by igniting the combustion gas.
[0026]
The raw material powder supply pipe 60 passes through the chambers 32 a and 33 a, the upstream side thereof is connected to a feeder (not shown), and the downstream side is opened on the downstream side of the burner 30. The raw material powder 100a conveyed by the carrier gas from the feeder passes through the raw material powder supply pipe 60 and is supplied into the combustion flame F from the opening on the downstream side of the burner 30.
[0027]
The raw material powder supply pipe 60 is provided with a mechanism for crushing the aggregation of the raw material powder 100a. Therefore, slits 61 (or a plurality of slits formed at intervals in the circumferential direction) that are continuous in the circumferential direction are formed in the intermediate portion of the raw material powder supply pipe 60.
The raw material powder supply pipe 60 is concentrically provided in an outer cylinder 62 having an inner diameter larger than the outer diameter of the raw material powder supply pipe 60 by a predetermined dimension. Here, a cylindrical sleeve 63 is provided in the gap between the raw material powder supply pipe 60 and the outer cylinder 62 on the downstream side of the slit 61 of the raw material powder supply pipe 60, and is supported by the sleeve 63. The raw material powder supply pipe 60 is located at the center of the outer cylinder 62.
[0028]
Similarly to the raw material powder supply pipe 60, the outer cylinder 62 passes through the chambers 32a and 33a, and is used for agglomeration in the gap between the outer cylinder 62 and the raw material powder supply pipe 60 at the upstream end thereof. Gas G is sent in. The dimension L of the gap between the outer cylinder 62 and the raw material powder supply pipe 60 can be set to 0.5 to 10 mm, for example. By appropriately setting the dimension L, it is possible to control the flow rate and speed of the coagulation / disintegration gas G.
Here, as the coagulation / disintegration gas G, the same carrier gas as described above, that is, air, oxidizing gas, inert gas, or the like can be used. Further, LPG, hydrogen, acetylene, etc. mentioned as the combustion gas may be used as the coagulation / disintegration gas G.
[0029]
On the downstream side of the slit 61, the end surface 61 a of the slit 61 and the end surface 63 a of the sleeve 63 are continuous to form a tapered surface 64 that intersects the axis of the raw material powder supply pipe 60 at a predetermined angle θ. Further, on the upstream side of the slit 61, the end surface 61 b of the slit 61 is also formed so as to substantially intersect the axis of the raw material powder supply pipe 60 at a predetermined angle θ.
[0030]
Thereby, the coagulation / disintegration gas G fed into the gap between the outer cylinder 62 and the raw material powder supply pipe 60 flows into the raw material powder supply pipe 60 from the slit 61 portion. At this time, due to the tapered surface 64 formed so as to intersect the axis of the raw material powder supply pipe 60 at a predetermined angle θ, the coagulation / disintegration gas G is transferred into the carrier gas and the raw material powder 100a in the raw material powder supply pipe 60. To flow into the raw material powder supply pipe 60 so as to intersect at a predetermined angle. Thereby, before the raw material powder 100a is supplied into the combustion flame F, the coagulation / disintegration gas G is injected to the raw material powder 100a being conveyed, and the aggregation of the raw material powder 100a is crushed.
Here, the coagulation / pulverization gas G is desirably injected at an angle of 5 to 85 ° with respect to the axis of the raw material powder supply pipe 60. When the angle is less than 5 °, the impact on the raw material powder 100a given by the coagulation / pulverization gas G is small, and it is difficult to sufficiently pulverize the aggregated particles composed of the raw material powder 100a. This is because if the spray angle exceeds 85 °, the raw material powder 100a tends to adhere to the inner wall of the raw material powder supply pipe 60 and the tapered surface 64.
In order to set the spray angle of the coagulation / disintegration gas G to 5 to 85 °, the angle θ of the tapered surface 64 intersecting the axis of the raw material powder supply pipe 60 may be set to 5 to 85 °.
Further, a more preferable injection angle of the coagulation / disintegration gas G is 15 to 75 °, and more preferably 20 to 60 °.
[0031]
Further, the size of the slit 61 may be appropriately set according to the size of the raw material powder supply pipe 60 and the processing amount of the raw material powder 100a. The position of the slit 61 in the axial direction is determined in consideration of the distance to the combustion flame F. Specifically, the slit 61 is formed in the raw material powder supply pipe 60 so that the distance to the combustion flame F is in the range of 10 to 300 mm. When the distance from the slit 61 to the combustion flame F is less than 10 mm, it becomes difficult to supply the raw material powder 100a to the combustion flame F after reliably crushing the aggregated particles. On the other hand, if the distance from the slit 61 to the combustion flame F exceeds 300 mm, the raw material powder 100a that has been crushed once may be re-agglomerated while being conveyed, which is not preferable.
[0032]
In the spherical powder manufacturing apparatus 10 having such a configuration, the raw material powder 100a to which the additive has been added in the preceding stage is transported from the feeder (not shown) through the raw material powder supply pipe 60 by the carrier gas and burned from the tip of the burner 30. Put in flame F. As a result, the raw material powder 100a is melted, and further moved out of the combustion flame F to be cooled and solidified to be subjected to spheroidization treatment, and finally, the treated powder 100c can be obtained.
The obtained treated powder 100c has excellent characteristics according to the purpose of treatment, such as fine particles with good crystallinity, single crystal particles, and powder composed of spherical particles (particles with high sphericity). By using such a processed powder 100c in combination with or mixing with other materials, it is possible to obtain products having excellent characteristics and materials and parts having special structures and functions. Specifically, a high frequency filter or the like can be obtained.
[0033]
As described above, an additive for preventing aggregation is added to the raw material powder 100a supplied to the spherical powder manufacturing apparatus 10. As a result, compared to the prior art, the raw material powder 100a is less likely to spontaneously agglomerate while being supplied in a feeder (not shown) to be supplied to the burner 30, and is less likely to agglomerate during conveyance.
In addition, even when the raw material powder 100a is slightly agglomerated while being accommodated in the feeder, the raw material powder supply pipe 60 is injected with an agglomeration / disintegration gas G from the outer peripheral side thereof, thereby Aggregation of the powder 100a can be easily crushed.
Thereby, agglomeration is crushed, the raw material powder 100a can be introduced into the combustion flame F in a well dispersed state, and generation of giant particles and unmelted particles can be suppressed.
[0034]
As a result, compared to the configuration of the conventional method, the generation of huge particles and the generation of unmelted particles can be greatly suppressed, and the quality of the produced spherical powder can be stabilized and improved. If huge particles are generated, the temperature of the combustion flame F is lowered and the temperature distribution becomes non-uniform, which makes it difficult to reliably melt the raw material powder 100a, and the generation of unmelted particles increases accordingly. Become. Further, when the generation rate of giant particles increases, it becomes difficult to establish a correspondence between the particle size of the raw material powder 100a and the particle size of the spherical powder, and it becomes difficult to control the particle size distribution of the spherical powder. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to prevent aggregation of the raw material powder 100a by adding an additive to the raw material powder 100a, and even if the raw material powder 100a is aggregated, the raw material powder In the stage where 100a is supplied into the combustion flame F and melted, the agglomeration has already been crushed. As a result, the correspondence between the particle size of the raw material powder 100a and the particle size of the spherical powder can be taken, and the particle size distribution of the spherical powder can be easily controlled. Thereby, the spherical powder which has a desired particle size distribution can be obtained reliably.
[0035]
【Example】
Here, the results of the evaluation of the anti-aggregation effect due to the addition of the additive are shown.
Raw material: MR2 powder was used as the raw material.
Additive: A silane coupling agent (GE Toshiba Silicones Co., Ltd., TSL-8113 (trade name)) was used as the additive.
The above raw materials, additives, and pure water (water) were mixed in the following blending ratio.
Condition 1: raw material powder 800 g, additive 0 wt%, pure water 400 g
Condition 2: raw material powder 800 g, additive 0.1 wt%, pure water 400 g
Condition 3: raw material powder 800 g, additive 0.3 wt%, pure water 400 g
Condition 4: Raw material powder 800 g, additive 0.5 wt%, pure water 400 g
Condition 5: 800 g of raw material powder, 0.8% by weight of additive, 400 g of pure water
Condition 6: 800 g of raw material powder, 1.0% by weight of additive, 400 g of pure water
Condition 7: 800 g of raw material powder, 1.2% by weight of additive, 400 g of pure water
Condition 8: 800 g of raw material powder, 1.5% by weight of additive, 400 g of pure water
Condition 9: 800 g of raw material powder, 2.0 wt% additive, 400 g of pure water
Here, the amount of the additive is based on the amount of the raw material.
[0036]
In addition, the mixing was performed by simply mixing the raw materials, additives, and pure water of Conditions 1 to 9 without using a ball mill mixing medium, and Samples 1 to 9, and some Conditions 4, 6, and 8 Samples 10, 11, and 12 were prepared by mixing the raw materials, additives, and pure water with a ball mill using media.
[0037]
The mixed raw material, additive, and pure water mixture thus obtained was heated in a drying furnace at 100 ° C. for 8 hours to remove moisture and dried to obtain a raw material powder 100a.
The dried raw material powder 100a (each of samples 1 to 12) was passed through a sieve having an opening of 74 μm, and then subjected to the following fluidity evaluation.
[0038]
For evaluation of fluidity, 250 g of raw material powder 100a was put in a stainless steel powder funnel of φ27 mm, and the outflow time from the powder funnel was measured.
Moreover, the raw material powder 100a is dropped onto a cell (container) of about 20 ml positioned below through a 500 μm mesh, thereby forming a peak of the raw material powder 100a on the cell, and a rest of the formed mountain The angle (angle of the slope of the mountain with respect to the cell surface) was measured.
Furthermore, after removing the powder at the peak protruding above the cell by scraping along the top surface of the cell with a spatula, the weight of the powder filled in the cell is measured, and the bulk density is determined based on the cell capacity. Was calculated.
Table 1 and FIGS. 4 and 5 show the results. Table 1 shows the results for samples 10, 11, and 12 mixed by a ball mill.
[0039]
[Table 1]
Figure 2005008504
[0040]
As shown in Table 1, the samples 10, 11, and 12 mixed by the ball mill flowed out of the funnel in a very short time, and the fluidity is particularly large in the samples 11 and 12, as well.
Moreover, as shown in Table 1, FIG. 4, and FIG. 5, the angle of repose of both the simple mixed samples 1 to 8 and the samples 10, 11, and 12 mixed by the ball mill decreases as the additive amount increases. In addition, the bulk density tends to increase.
Thus, it is clear that the fluidity of the raw material powder 100a is increased by the addition of the additive.
[0041]
Subsequently, the obtained raw material powder 100a (samples 1 to 12) was put into a feeder (not shown) of the spherical powder production apparatus 10 and spheroidized by the combustion flame F generated in the burner 30.
At this time, the burner 30 supplies oxygen from the oxygen supply system 32 at a flow rate of 113 L / min, supplies LPG from the combustion gas supply system 33 at a flow rate of 15 L / min, generates a combustion flame F, and supplies raw material powder. In system 31, N is used as a carrier gas. 2 The raw material powder 100a was supplied into the combustion flame F and melted by driving the feeder at 1.20 rpm while supplying the gas at a flow rate of 70 L / min.
And the supply condition of the raw material powder 100a at the time of melting was observed.
As a result, in Samples 4 to 12 having an addition amount of 0.5 wt% or more, the raw material powder 100a could be smoothly supplied. However, with respect to Samples 7, 8, 9, and 12 having an addition amount of 1.5 wt% or more, a phenomenon in which a large amount of the raw material powder 100a appears suddenly was observed.
[0042]
Furthermore, after carrying out the above-described melting treatment and collecting the treated powder 100c, the carrier gas (N 2 The flow rate of gas) is increased to 120 to 140 L / min, and vibration is applied, so that the raw material powder 100a remaining in the piping of the raw material powder supply system 31 and in the burner 30 is ejected, and the fuel flame F Melted in. And the processing powder 100c obtained was collect | recovered.
As a result, when the addition amount was 0.5% by weight or more, the treated powder 100c was hardly recovered. That is, it can be seen that the burner 30 is not clogged at an addition amount of 0.5 wt% or more.
[0043]
In the above melting treatment, an experiment for evaluating the particle size distribution of the treatment powder 100c sprayed from the burner 30 was conducted.
As shown in FIG. 6, the raw material powder supply pipe 60 of the burner 30 and the mechanism (slit 61) for crushing the aggregation of the raw material powder 100a are used as they are without causing the combustion flame F. Raw material powder 100a was sprayed. At this time, N as the coagulation / disintegration gas G 2 The raw material powder 100a was injected by flowing a gas at a flow rate of 30 L / min, and the particle size distribution of the raw material powder 100a in flight was measured with a HELOS & RODOS dry particle size distribution meter (hereinafter simply referred to as a particle size distribution meter) 90 manufactured by SYMPTEC. . Specifically, the particle size distribution was measured by passing the raw material powder 100 a injected from the burner 30 between the laser light source 91 and the light receiving / measuring unit 92 of the particle size distribution meter 90. The raw material powder 100 a that passed between the laser light source 91 and the light receiving / measuring unit 92 was collected by the collecting unit 93.
[0044]
FIG. 7 shows the result. As shown in FIG. 7, samples 3, 4, 5, 6, and 9 pretreated with a silane coupling material with respect to the raw material (untreated) before melting (mixing) have few aggregates of 5 μm or more, In particular, Sample 5 with an addition amount of 0.8%, Sample 6 with 1.0%, and Sample 9 with 2.0% have good particle size distributions.
[0045]
In addition, the particle size distribution of the treated powder 100c obtained after the above melting treatment was evaluated. The results are shown in FIGS. Here, FIG. 8 shows the particle size distribution of samples 1 to 9 that are simply mixed and the raw material itself before melting (mixing). Moreover, FIG. 9 is the particle size distribution about the samples 10-12 mixed using the ball mill, and a raw material.
As shown in FIG. 8, in the simply mixed samples 1 to 9, the peak of the particle size distribution of the samples 1 to 9 after melting is larger than the peak of the particle size distribution of the raw material before melting at any addition amount. Shift to the side.
Moreover, in the samples 2 to 9 to which the additive was added, as shown by the part (P) in FIG. 8, the additive addition amount was 0 to 0.3% by weight, 1.2 to 2.0% by weight. In comparison with Samples 1 to 3 and 7 to 9%, Samples 4 to 6 in which the amount of additive added is 0.5 to 1.0% by weight, the maximum particle diameter of the particles is clearly smaller. This is because Samples 1 to 3 and 7 to 9 in which the additive amount is 0 to 0.3% by weight and 1.2 to 2.0% by weight have many large particles of 10 μm or more, and the additive amount is Samples 4 to 6 of 0.5 to 1.0% by weight show that there are few giant particles.
That is, it is apparent that the maximum particle size is reduced by setting the additive amount to 0.5 to 1.0% by weight.
[0046]
As shown in FIG. 9, in the samples 10 to 12 mixed with the ball mill, the peak of the particle size distribution is shifted to the larger side, but there are few (or not recognized) giant particles of 10 μm or more, and the maximum particle size is reduced. did it.
The ball mill mixed samples 10 to 12 correspond to the additive amount (0.5 to 1.0% by weight) of the additive that gives good results in the case of simple mixing. Compared with samples 4, 5, and 6 that were simply mixed under the same conditions, it can be seen that samples 10 to 12 that were ball mill mixed had a smaller maximum particle size and a smaller peak of particle size distribution. . Thus, it can be said that both the average particle size and the maximum particle size can be reduced by ball mill mixing.
[0047]
From the above evaluation results, it is clear that the dispersibility and fluidity of the raw material powder 100a can be improved by adding an additive. The addition amount is preferably about 0.5 to 1.0% by weight, and it can be seen that the maximum particle size can be effectively reduced particularly in this range. If it is 0.5% by weight or less, dispersibility and fluidity are insufficient, and smooth supply is impossible. On the other hand, if it is 1.5% by weight or more, the dispersibility and fluidity are too good and the powder tends to collapse. Therefore, a large amount of raw material powder 100a occurs like avalanche when fed with a feeder. Causes insufficient melting and large particles.
[0048]
In the above embodiment, the specific structure of the burner 30 capable of injecting the coagulation / disintegration gas G at a predetermined angle with respect to the raw material powder 100a conveyed by the carrier gas is exemplified. As long as the above can be achieved, other structures can be employed as appropriate.
Further, for other parts of the spherical powder manufacturing apparatus 10, unless otherwise departing from the gist of the present invention, the configuration shown in the above embodiment is selected, changed to another configuration, or added to another configuration. Etc. can be appropriately performed.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by adding an additive, the dispersibility and fluidity of the raw material powder can be improved, and the raw material powder can be supplied in a stable and stable state. Moreover, generation | occurrence | production of the giant particle | grains or unmelted particle | grains resulting from an aggregated particle can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a granular powder production apparatus in the present embodiment (a burner is not seen in cross section).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a burner.
3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2, and FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of additive added and the angle of repose, showing an example of the present invention.
FIG. 5 shows the relationship between the additive amount and bulk density.
FIG. 6 is a view showing a configuration of an apparatus for measuring a particle size distribution in a state where the fuel is injected from the burner.
7 is a diagram showing a particle size distribution measured by the apparatus of FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a particle size distribution in the case of simple mixing.
FIG. 9 is a view showing a particle size distribution in the case of a ball mill.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Spherical powder manufacturing apparatus, 20 ... Chamber, 30 ... Burner, 31 ... Raw material powder supply system, 60 ... Raw material powder supply pipe (flow path), 61 ... Slit, 62 ... Outer cylinder, 64 ... Tapered surface, 100a ... Raw material Powder (oxide powder), 100c ... treated powder (spherical powder, spherical oxide powder), F ... fuel flame, G ... coagulation gas, θ ... angle

Claims (8)

原料粉末をカップリング剤で表面処理する表面処理工程と、
表面処理した前記原料粉末をバーナで発生する燃焼炎中に投入して溶融させることにより球状化させ、さらに前記原料粉末が燃焼炎外に移動することによって凝固することで球状粉末を得る球状粉末生成工程と、
を備えることを特徴とする球状粉末の製造方法。
A surface treatment step of surface-treating the raw material powder with a coupling agent;
Spherical powder generation that obtains a spherical powder by putting the raw material powder that has been surface-treated into a combustion flame generated in a burner and melting it, and then solidifying it by moving the raw material powder out of the combustion flame Process,
A method for producing a spherical powder, comprising:
前記表面処理工程では、前記原料粉末と前記カップリング剤を、水を溶媒として混合した後、水分を除去することにより前記原料粉末を表面処理することを特徴とする請求項1に記載の球状粉末の製造方法。2. The spherical powder according to claim 1, wherein in the surface treatment step, the raw material powder and the coupling agent are mixed using water as a solvent, and then the raw material powder is surface-treated by removing water. Manufacturing method. 前記カップリング剤はメチルトリメトキシシランであることを特徴とする請求項1または2に記載の球状粉末の製造方法。The method for producing a spherical powder according to claim 1 or 2, wherein the coupling agent is methyltrimethoxysilane. 前記カップリング剤の前記原料粉末に対する添加量が0.1〜3.0重量%であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の球状粉末の製造方法。The method for producing a spherical powder according to any one of claims 1 to 3, wherein an amount of the coupling agent to be added to the raw material powder is 0.1 to 3.0 wt%. 前記球状粉末生成工程にて、前記バーナで発生する燃焼炎中に投入される前記原料粉末は、当該原料粉末が凝集状態にあるときにこれを分散させる分散手段により分散されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の球状粉末の製造方法。In the spherical powder generating step, the raw material powder introduced into the combustion flame generated in the burner is dispersed by a dispersing means for dispersing the raw material powder when the raw material powder is in an agglomerated state. The manufacturing method of the spherical powder in any one of Claim 1 to 4. 前記原料粉末が凝集状態にあるときにこれを分散させるため、前記原料粉末を燃焼炎中に供給するための流路に対し、所定の角度でガスを噴射させることを特徴とする請求項5に記載の球状粉末の製造方法。The gas is injected at a predetermined angle to a flow path for supplying the raw material powder into the combustion flame in order to disperse the raw material powder when it is in an agglomerated state. The manufacturing method of spherical powder as described. 請求項1から6のいずれかに記載の球状粉末の製造方法により製造され、平均粒径が5μm以下、最大粒径が10μm以下であることを特徴とする球状酸化物粉末。A spherical oxide powder produced by the method for producing a spherical powder according to claim 1, having an average particle size of 5 μm or less and a maximum particle size of 10 μm or less. 燃焼炎内で溶融することにより球状粉末を得るための酸化物の粉末であって、
前記粉末は、その表面が凝集防止のためカップリング剤によって表面処理され、
かつ、その平均粒径が5μm以下であることを特徴とする酸化物粉末。
An oxide powder for obtaining a spherical powder by melting in a combustion flame,
The surface of the powder is surface-treated with a coupling agent to prevent aggregation,
And the oxide powder characterized by the average particle diameter being 5 micrometers or less.
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