JP2008534783A - 金属粉末およびそれを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

金属粉末製品を製造するための方法であって：先駆金属粉末の供給物を用意すること；先駆金属粉末を液体と混合してスラリーを形成すること；スラリーを熱ガスの脈動流の中に供給すること；および、金属粉末製品を回収すること；を含む方法。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明

技術分野
本発明は概して金属粉末に関し、より具体的には金属粉末を製造するためのプロセスに関する。

背景
粉末化した金属製品を製造するための幾つかの異なるプロセスが開発されていて、これらは現在、高い密度や高い流動性などの特定の特性を有する金属粉末を製造するために用いられているが、そのような特性は、例えば焼結やプラズマ溶射のプロセスなど、その後の冶金的加工処理において望ましいものである。

プラズマに基づく高密度化として知られる一つのプロセスは、金属の先駆物質を高温のプラズマジェットと接触させることを含む。小さな概ね球形の粒子を形成させるために、高温のプラズマジェットは金属を液体化および／または噴霧化する。次いで、粒子を、回収する前に再固化させる。得られる粉末化した金属製品はしばしば高流動性や高密度を有することで特徴づけられ、それにより、粉末化した金属製品はその後の加工処理（例えば焼結やプラズマ溶射）において用いるのに望ましいものとなる。

しかしながら、あいにくと、プラズマに基づく高密度化のプロセスは欠点を伴わないものではない。例えば、プラズマに基づく高密度化のプロセスは実施するのに高い費用がかかる傾向があり、エネルギー集約型であり、また比較的収率が低くなってしまう。

噴霧乾燥として知られる別のタイプのプロセスは、所望の金属を含む溶液またはスラリーを、高温の雰囲気中でこの液体を噴霧化することによって急速に乾燥させて微粒子状にするプロセスを含む。粉末化した金属製品を製造するための一つのタイプの噴霧乾燥プロセスは、加熱したプロセスチャンバーの中に設けられた回転する噴霧化ディスクを利用する。粉末化した金属材料を含む液体の先駆物質（例えばスラリーまたは溶液）が、回転するディスクの上に吹付けられる。液体の先駆物質は、回転するディスクによって概ね外側に加速される。液体の先駆物質が回転するディスクによって外側に加速されるとき、その物質の液体成分の蒸発の速度が、加熱したチャンバーによって速められる。次いで、得られた粉末化金属の最終製品は、回転するディスクを囲む外周壁から集められる。

上記の噴霧乾燥プロセスは粉末化した金属製品を形成するためにしばしば用いられるが、それは不利益を伴わないものではない。例えば、噴霧乾燥プロセスも比較的低い収率になる傾向があり、そして典型的に、プラズマに基づく高密度化プロセスで可能であるものよりも低い密度を有する金属粉末製品をもたらす。噴霧乾燥プロセスもかなり大きな装置（例えば１０mのオーダーの直径を有する噴霧化ディスク）を用い、またエネルギー集約型である。また、噴霧乾燥プロセスは制御するのが難しい傾向があり、プロセス変数を同じにしたとしても、粉末化した金属製品の特性にある程度の変動が生じることもまれではない。そのような変動性は、所望の特性を有する最終的な粉末化金属製品を製造する困難さをさらに増大させる。

従って、粉末化金属の最終製品をその後の適用において用いるのに一層望ましいものにする高い密度や高い流動性などの特性を有する粉末化金属の最終製品を製造することが可能な装置に対する必要性が存在する。理想的には、そのような装置は高い収率で粉末化金属の最終製品を製造することが可能であるべきであり、また同時に、従来のプロセスと比較して少ない複雑さ、エネルギーおよび費用を伴うべきである。

発明の概要
本発明の一つの態様による金属粉末製品を製造するための方法は：先駆金属粉末の供給物を用意すること；先駆金属粉末を液体と混合してスラリーを形成すること；スラリーを熱ガスの脈動流の中に供給すること；および、金属粉末製品を回収すること；を含むことができる。

また、５０グラムに対して約３０秒未満のホール（Hall）流動性を有する凝集した金属粒子を含む金属粉末製品も開示される。
詳細な説明
金属粉末製品を製造するための方法10が図１に示され、これは工程12において、先駆金属粉末の供給物を用意することと、先駆金属粉末を液体と混合してスラリーを形成することを含む。次いで、スラリーは熱ガス14の脈動流の中に供給される。一つの態様において、熱ガスの脈動流はパルス燃焼装置100によって生成される（図２）。次いで、金属粉末製品は工程16において回収される。以下でもっと詳しく説明するが、回収された金属粉末製品は、通常の噴霧乾燥プロセスによって製造される金属粉末と比較して、高い密度と高い流動性を有する小さな粒子の凝集物を含む。

より具体的には、ここでの基本的なプロセスは、まず、工程12において先駆金属粉末を含むスラリーを形成することを含む。典型的な例において、スラリーを形成するために先駆金属粉末は液体（例えば水）と混合されるが、しかし他の液体、例えばアルコール、揮発性液体および有機液体を用いてもよい。一つの態様において、スラリーの液体成分は水と結合剤の混合物を含み、これは最初に、例えばポリビニルアルコール（PVA）などの結合剤を水と一緒に混合することによって生成される。次いで、例えばモリブデン粉末などの先駆金属粉末（後述する実施例を参照）が水と結合剤の混合物に添加されて、スラリーが形成される。

しかしながら、結合剤が液体の「キャリヤー」に十分に溶解することを確実にするために、先駆金属粉末を添加する前に液体混合物を予熱することが必要であるか、あるいは望ましいであろう、ということに留意すべきである。用いられる特定の温度は、ある程度、選択される特定の液体キャリヤー（例えば水）と結合剤（例えばPVA）に依存するであろう。従って、本発明は、液体混合物を予熱するための何らかの特定の温度または温度の範囲に限定されるものとみなされるべきではない。しかし、例を挙げれば、一つの態様において、液体混合物は約３５℃〜約１００℃の範囲の温度に予熱することができる。

スラリーは約６０〜約９９wt.％の固体分、例えば約６０〜約９０wt.％の固体分、より好ましくは約８０wt.％の固体分を含んでいてもよい。スラリーは約１〜約４０wt.％の液体、例えば約１０〜約４０wt.％の液体、より好ましくは約２０wt.％の液体を含んでいてもよい。液体成分は約０.０１〜約５wt.％の結合剤、例えば約０.４〜約０.９wt.％の結合剤、より好ましくは約０.７wt.％の結合剤を含んでいてもよい。一つの態様において、スラリーは約８０wt.％の固体分と約２０wt.％の液体を含んでいて、液体の約０.７wt.％は結合剤である。先駆金属粉末はおよそサブミクロンサイズの範囲の大きさを有していてもよい（例えば、約０.２５μm〜約１００μm、例えば約１μm〜約２０μm、より好ましくは約５μm〜約６μmの範囲の大きさ）。

次いで、スラリーはパルス燃焼装置100（図２）の中に供給され、そこでスラリーは音速または音速近くで脈動する熱ガス（単一のガスまたは複数のガス）の流れと衝突する。熱ガスの音速のパルスはスラリーと接触して、実質的に全ての水を排除して金属粉末製品を形成する。熱ガスの脈動流の温度は約３００℃〜約８００℃の範囲とすることができ、例えば約４２７℃〜約６７７℃、より好ましくは約６００℃であるが、加工処理される特定の先駆金属粉末に応じて他の温度を用いてもよい。一般的に言えば、熱ガスの脈動流の温度は、加工処理される先駆金属粉末の融点よりも低い。さらに、スラリーの中の先駆金属粉末は通常、かなりの量の熱が金属粉末に移動するのに十分なほど長くは熱ガスと接触してはいない。例えば、典型的な態様において、スラリーの混合物は一般に、熱ガスの脈動流と接触している間に約９３℃〜約１２１℃の範囲の温度に加熱されると見積もられる。

以下でもっと詳しく説明するが、得られる金属粉末製品は実質的に中実（すなわち非中空）であって概ね球形の小さな粒子の凝集物を含む。従って、この凝集物は一般に「’BBs’ から形成されたサッカーボール」として特徴づけることができる。さらに、この金属粉末製品は、通常のプロセスによって製造される従来の金属粉末と比較して高い密度を有していて、高度に流動性である。例えば、ここでの教示に従って製造されるモリブデン金属粉末は約１g/cc 〜約４g/ccの範囲、例えば約２.６g/cc 〜約２.９g/ccの範囲のスコット（Scott）密度を有するだろう。ホール流動性は、モリブデン金属について約３０s/５０g未満から２０〜２３s/５０gまでの範囲である。

ここで主として図１を参照すると、金属粉末製品を製造するための方法またはプロセス10は、工程12においてスラリーを製造すること、またはスラリーを形成することを含んでいてもよい。次いで、このスラリーは工程14において熱ガスの脈動流に曝露され、これにより16において所望の金属粉末製品が生成する。この基本的なプロセスは実線の接続する矢印11および15によって示され、これに対して、選択的な代替のプロセスの流れは参照符号33〜39によって概略的に関係づけられる破線の矢印とボックスによって示され、これについては後述する。

ここで図２を参照すると、熱ガスの脈動流は、当分野で周知で容易に商業的に入手できるタイプのパルス燃焼装置100によって生成することができる。例として、一つの態様において、パルス燃焼装置100は、カリフォルニア州（CA、94901）San RafaelのPulse Combustion Systemsから入手できるパルス燃焼装置を含みうる。最初に、空気をパルス燃焼装置100の外側のシェル20の中に入口21を通して（例えばポンプによって）低圧で供給することができ、そこでそれは一方向空気弁22を通って流れる。次いで、空気は同調する燃焼室23に入り、そこで燃料が燃料弁または燃料ポート24を通して添加される。次いで、燃料と空気の混合物はパイロット25によって点火されて、熱ガスの脈動流が生成し、この脈動流は燃焼送風機の圧力よりも高い様々な圧力（例えば約２０００Pa（３psi））に加圧することができる。熱ガスの脈動流は噴霧器27へ向かって尾管26を急降下する。噴霧器27の直ぐ上で、所望の温度を有する熱ガスの脈動流をつくり出すために、入口28を通して急冷空気を供給して、高温の燃焼ガスと混合することができる。スラリーが噴霧器27を通して熱ガスの脈動流の中に導入される。次いで、噴霧化したスラリーは円錐形の出口30の中で（必須ではないが）概ね円錐形31に分散し、その後、通常の竪型（tall-form）の乾燥室（図示せず）に入る。さらに下降して、サイクロンおよび／またはバグハウス（これも図示せず）などの標準の捕集装置を用いて金属粉末製品を回収することができる。

パルス化（脈動化）した操作において、空気弁22は周期的に開放と閉止が行われ、それにより燃焼室23の中に空気を入れることとそれを燃焼するために閉じることとが交互に行われる。そのようなサイクルにおいて、前の燃焼が起こった直後に、次のパルスのために空気弁22を再度開放することができる。次いで、この再開放により次の装入空気が入る。次いで、燃料弁24が燃料を再度流入させ、上述したように燃焼室23の中で混合物が自動点火する。パルス化したやり方で空気弁22の開放と閉止を行い、そして燃焼室23の中で燃料を燃焼する、というこのサイクルは様々な周波数で制御することができ、例えば約８０Hzから約１１０Hzで行われるが、他の周波数を用いることもできる。

このようにしてパルス燃焼装置100は熱ガスの脈動流を提供し、この脈動流の中に先駆金属粉末を含むスラリーが供給される。接触領域と接触時間は非常に短く、接触時間はわずかにマイクロ秒のオーダーであることが多い。従って、熱ガス、音波およびスラリーの物理的相互作用によって金属粉末製品が生成する。より具体的には、スラリーの液体成分は熱ガスの音速（または音速に近い）パルス波によって実質的に除去されるか、または排除される。この短い接触時間はまた、スラリーの成分が接触時間の最後において例えば約９３℃〜約１２１℃のオーダーのレベルに最小限に加熱されることを確実にするが、その温度は液体成分を蒸発させるのに十分であるが、しかしスラリー中に含まれる金属の融点に近いものではない。

このプロセスにおいて、幾分かの量の液体成分（例えば結合剤）は、得られた金属粉末製品の凝集物の中に残留する。この得られた粉末においては、この残留結合剤がその後の加熱工程34によって（例えば部分的に、または完全に）排除されていてもよい。一般的に言えば、加熱工程34は金属粉末製品の融点未満の温度で行われ、それにより実質的に純粋な（すなわち結合剤の無い）金属粉末製品が生成する。また、金属粉末製品の凝集物は好ましくは、加熱工程34によって結合剤が除去された後であっても、それらの形状（必須ではないが、多くの場合は実質的に球形）を保持することにも注目できる。加熱後の形態および／またはグリーン（green：未焼結体）の形態での流動性のデータ（ホールデータ）は、後述する実施例に関連して説明されるようにして、得ることができる（結合剤が除去された後に加熱された状態、除去される前のグリーンの状態）。

さらに、ある場合には、様々なサイズの凝集した製品をこのプロセスの間に製造できることが注目され、また、金属粉末製品を、所望の製品サイズ範囲内のサイズ範囲を有する金属粉末製品にさらに分離するかまたは分別するのが望ましいだろう。例えば、モリブデン粉末については、−２００から＋３２５の米国タイラーメッシュ（U.S. Tyler mesh）の篩サイズが、約４４μm〜７６μmの望ましい製品サイズ範囲内の金属粉末製品を与える。ここでのプロセスはかなりのパーセントの製品をこの望ましい製品サイズ範囲で生成することができるが、しかし残りの製品（特に小さな製品）は望ましい製品サイズ範囲を外れるかもしれず、そのようなものは装置を通して再循環させることができて（工程36を参照）、その場合、適当なスラリー組成をつくり出すために液体（例えば水と結合剤）を再度添加する必要があるだろう。そのような再循環は、図１において選択的な代替の（または追加の）工程（１つまたは複数）として示される。これらの工程は特に分離工程または篩分け工程33として示され、これは追加の加熱工程および／または篩分け工程34、35を伴うかまたは伴わず、次いで、これらの工程はあらゆるサイズ外の製品（すなわち、望ましい製品サイズ範囲よりも小さいかまたは大きい製品）を再循環工程36にフィードバックすることができ、これは次に、矢印の線37によって示されるようにスラリーの形成工程12にフィードバックする。あるいは、再循環工程36の結果、他の最終製品が生成されるか、あるいは他の最終製品を生成するための代替プロセスが供給され、これは工程38として示されて、矢印39のようにフィードダウンされる。これらの工程は図３、図４および図５にも（実線の形で）示され、本発明に従うプロセスのうちの１以上の全てのものにおいて（図１におけるような）代替のもの、あるいは主要な工程になるであろう。図示していないが、再循環プロセス36は、代わりに、燃焼形成プロセスでの金属粉末製品の１以上の適当な部分の出発材料工程40へのフィードバックを含んでいてもよいことに留意すべきであり、それは以下の説明でわかるように、一つの実施例については、微粉砕またはジェット磨砕（jet milling）によってサイズを縮小させるものである。

ここでの製品は、加工処理の後工程（すなわち、熱ガス接触工程14の後）における粉末粒子が出発材料（例えば、金属粉末製品についての４４〜７６μmに対して先駆金属生成物についての５〜６μm）よりも大きい（すなわち、プラスマイナス１０倍（＋/−１０×）大きい）が、しかしそれは先駆金属粉末の溶融を含まない方法で結合する、ということでも特徴づけられる。従って、金属粉末製品は多数の小さな粒子の結合物または凝集物を含み、各々の凝集物は「’BBs’ から形成されたサッカーボール」として特徴づけることができる。

さらに、幾つかの場合においては、加工処理に追加的な前工程および／または後工程を付加してもよい、ということに留意することができる。例えば、特定の望ましい加工処理前のサイズを得るために、装置の中に供給される先駆粉末には何らかの前処理を行う必要があるかもしれない。幾つかのそのような追加の代替工程は図３、図４および図５に示され、ここで各々の代替プロセス10a、10bおよび10cは工程40において最初に出発材料を得ることを示し、そしてそこからこれはスラリー形成工程へ直接送られる（矢印41）か、あるいは別の経路43および／または45を通って工程42および／または44で出発材料が篩分けされるかまたはジェット磨砕される。以下の実施例でさらに説明されるが、約１４〜１５μmの大きさを有する公知で容易に入手できる先駆モリブデン粉末を用いることができるが、これは、ここで説明している５〜６μmの大きさに予めジェット磨砕されてもよい（工程44を参照）。

図４と図５は、さらなる有益性および／または大きな実用性を与えるであろう幾つかの追加の代替方法の工程を提示する。最初に、図４に示すように、輸送のための選択的な追加の工程、すなわち工程46、47および48が示される。ここでの目的はパルス燃焼装置の有効性の問題に基づくであろう。特に、この手順の他の工程を遂行する前に、パルス燃焼装置100の位置へ工程46によって「未加工の」出発材料を輸送することが必要であるか、または望ましいであろう。また、工程46がむしろ「スラリーを形成する」工程12と「脈動流の中へスラリーを供給する」工程14の間に配置して、パルス燃焼装置100の位置から離れた位置でスラリーを製造することができることにも留意されたい。次いで、図４における工程47によっても示されているように、スプレー工程14が完了した後に輸送工程47を行ってもよい。次いで、工程16において金属粉末製品を得る前に、所望により、何らかの篩分けおよび／または加熱（例えば工程33、34、35）を行うことができるが、そのような加工処理の後工程をむしろ現場で行って、その後に輸送工程47を行う、ということも可能である。再循環させることが望ましい場合は、再循環可能な粉末粒子をパルス燃焼装置100の位置へ戻すために輸送工程48を用い、それにより粉末粒子をスラリーに再形成し、そして熱ガスの脈動流の中へ再導入することができる。図５においては二つの追加の代替工程50および51が加えられていて、これはパルス燃焼装置100の位置において現場で再循環（工程50）および／または篩分け（工程51）を行うことを提示する。

ここで説明している方法と装置は、あらゆる広範囲の先駆金属粉末から広範囲の金属粉末製品を形成するために用いることができることに留意すべきであり、そのような先駆金属粉末には、例えば、実質的に「純粋な」金属（例えば、あらゆる広範囲の共晶金属、非共晶金属および耐熱性金属）やそれらの混合物（例えば金属合金）が含まれ、いずれの選択の場合においても特定の修正（例えば温度、結合剤、比率などの修正）が必要であるかもしれないと理解される。このことは特に、（高融点を有する）耐熱性金属についてだけでなく低融点材料についても当てはまるだろう。従って、望ましくは、および／または必然的に、様々な混合物の量（固体、水、結合剤）および／または様々な温度および／または供給速度が設定されるだろう。その他の点では、プロセスおよび／または製品は、ここで説明しているものと実質的に類似しているかもしれない。さらに、ある種の金属またはその他の高密度材料が比較的低い融点を有している場合であっても、それらを用いて本発明のプロセスを用いることは依然として有効であり、その場合、溶融を伴わずに、あるいは少なくとも望ましくない程度の溶融を伴わずに最終製品を生成させるのには極めて短い接触時間で十分であろう（例えば、ある程度の溶融が起こった後で、機械の中で極度の凝集または粘着のいずれかが起こる前に十分に速い冷却および／または再凝固が起こる場合は、溶融することは許容されるだろう）。本発明のプロセスの全体の中では、様々な結合剤および／または沈殿防止剤（すなわち、水に代わるもの）が有効であることも見いだされ、ただし、その場合もおそらくパラメーター（例えば比率、温度、速度）の他のものへの変更が必要である。

実施例
本発明による幾つかの例が、約５〜６μmの範囲の大きさを有する先駆金属粉末としてのモリブデン粉末を用いて実施された。ここで説明しているように、最初の工程は工程12におけるスラリーの形成を含む（図１および図３〜５を参照）。この場合、水と結合剤の混合物が最初に作られた。次いで、得られた混合物は約７１℃（約１６０^０Ｆ）の温度に加熱されて、水の中の結合剤からなる望ましい分散液が用意されたが、この第一の実施例における結合剤はポリビニルアルコール（PVA）である。この混合物は、透明になるまで加熱された。次いで、約５〜６μmの大きさの範囲の粒子を含むモリブデン先駆金属粉末が、この加熱された水と結合剤の混合物に添加され（混合物は金属を添加する前かまたは添加する間に冷却されてもよい）、そして攪拌されて、それにより約８０wt.％の固体分と約２０wt.％の水と結合剤の液体とを含むスラリーが形成されたが、このとき全体の約０.１wt.％〜約１.０wt.％が結合剤であった（すなわち、約１９wt.％〜約１９.９wt.％が水であった）。以下でさらに説明するように、約０.４wt.％〜約０.８wt.％が結合剤であるのが好ましい。

次いで、このスラリーはカリフォルニア州（CA、94901）San RafaelのPulse Combustion Systemsによって製造されたパルス燃焼装置100の中に供給された。用いられたこの特定のパルス燃焼装置100は約１８kg/時（約４０lb/時）の蒸発速度において約３０kW（約１００,０００BTU/時）の熱容量を有していて、スラリーは工程14においてパルス燃焼装置によって生成された燃焼ガスと接触した。この実施例における熱ガスの脈動流の温度は約４２７℃〜約６７７℃（約１０５０^０Ｆ〜約１２５０^０Ｆ）の範囲であった。パルス燃焼装置100によって生成された熱ガスの脈動流によって水が実質的に排除されて、金属粉末製品が形成された。接触領域と接触時間は非常に短く、この実施例において接触領域は約５.１cm（約２インチ）のオーダーで、接触時間は０.２マイクロ秒のオーダーであった。

得られた金属粉末製品は、実質的に中実（すなわち非中空）で概ね球形の小さな粒子の凝集物から成っていた。また、この金属粉末製品は、通常のプロセスによって形成される従来の粉末と比較してかなり高い密度と流動性を有していた。

この実施例において、モリブデン粉末について望ましい製品サイズ範囲は約４４μm〜約７６μmであり、これは−２００から＋３２５までの米国タイラーメッシュ（U.S. Tyler mesh）の篩サイズに相当する。このプロセスにより、この望ましい製品サイズ範囲内のものは約３０wt.％生成した。次いで、このサイズ範囲を外れる金属粉末製品は装置を通して再循環され、このとき適当なスラリー組成を形成するために追加の水と結合剤が添加された。図１および図３〜５を参照されたい。望ましい製品サイズ範囲をいくぶん拡張すると、この実施例は−１００から＋３２５までの米国タイラーメッシュの篩サイズの粒子を約５０wt.％生成した。

これらの実施例については、前処理および／または後処理も行われたことに留意されたい。最初に、約１４〜１５μmの粒子サイズを有する公知で容易に入手できる先駆モリブデン粉末が用いられ、従ってそれは最初に予め工程44において上記の５〜６μmの大きさにジェット磨砕された。また、この得られた金属粉末製品においては、その後にモリブデンについて約１３００℃に加熱することによって（工程34を参照）残留結合剤が（部分的にまたは完全に）排除されたが、この温度はモリブデンの融点よりもなお低い。好ましいメッシュサイズまたは篩サイズを得るために、後の加工処理である篩分けも行われた。小さな残りの製品は、上記のように再循環された。

このプロセスに従う四つの類例の試験の結果を図６に示すが、これらは任意に配合A、B、CおよびDとして表示されている。これら四つの類例の配合の全てが、約８０wt.％の固体分（金属粉末）と約２０wt.％の液体からなるスラリーであったが、結合剤の量を変化させていて、配合Aは０.５wt.％のPVA結合剤を含み、配合Bは０.６wt.％のPVAを含み、配合Cは０.７wt.％のPVAを含み、配合Dは０.８wt.％のPVAを含み、そして液体部分の残りは水であった。このとき、ここで説明されている方法を用いた四つの配合の試験の全てが最初の極めて少量の大きなサイズの凝集物についてのものであり、米国タイラーメッシュサイズ＋１４０、−１４０/＋１７０、および−１７０/＋２００を表している左方の三つの欄に示されている。これら大きなサイズの凝集物の累積量は、各々のバッチについて形成された粉末全体のおよそ２〜１０パーセントである。次に、メッシュサイズ−２００/＋２３０、−２３０/＋２７０、および−２７０/＋３２５を表している中間の三つの欄においては、最終製品のモリブデン粉末について望ましいサイズの凝集物の集積が示されている。これら四つの実施例によって示される望ましい集積の量は、約１５wt.％〜約３０wt.％の範囲である。配合Aは少量を示し、配合Bについての約２０wt.％、配合Cについての約２５wt.％、そして配合Dについての約３０wt.％と漸増する。これらの集積量は実質的に、最初のスラリーに添加された結合剤の異なる量に直接に基づいて変化していることに注目されたい。最後の二つの欄は、プロセスを通過した小さな粒子の凝集物の量および／または未反応または実質的に未反応の金属粉末元素を反映している（これらの実施例において約６２wt.％と約８２wt.％の間）。これら四つの試料のうちで最も高い結合剤含有量（配合D）は、望ましい凝集物について最も大きく実現したもののパーセントを与える。しかしながら、配合Dは、最大の量の大きすぎる凝集物と最少の量の未反応の粒子を与えてもいる。最も少ない結合剤含有量（配合A）は、最も望ましくないサイズの製品を与えるが、しかし同時に、最少の量の大きすぎる凝集物と最大の量の未反応または実質的に未反応の粒子も与える。配合A、B、CおよびDについてのデータに基づけば、およそ０.７〜０.８wt.％（例えば約０.７５wt.％）の結合剤の量が、好ましい再循環性を伴う望ましい収量と大きすぎる凝集物の満足できる集積との間の一つの望ましい最適化を与えると思われる。

上述したように、結合剤の量が多いほど、特大の凝集物の量が多くなる（配合Dについてほぼ１０wt.％）。小さな未反応の凝集物または十分に大きくはない凝集物は、図１および図３〜５における工程36によって単純に再循環させることができる。

これに対して、典型的な通常の噴霧乾燥法によって、図７に示す特性を有する粉末化モリブデン金属の製品が製造された。簡単に言うと、通常の噴霧乾燥法においては、約３１５℃の温度で加熱された雰囲気中に置かれた回転する噴霧器のディスクを用いる。次いで、粉末化したモリブデン金属を含むスラリーは回転するディスクの上に吹付けられ、スラリーは回転するディスクによって概ね外側に加速された。加熱された雰囲気は、捕集される前にモリブデン粉末を乾燥するために用いられる。図７に示すように、モリブデン金属粉末の二つのバッチは最初の四つの欄における約５２％と約５７％の間の凝集物を与えるものとして示されるが、これらの四つの欄は望ましい製品サイズ範囲を外れる特大の凝集物を与える。これらはまた、上で問題のあるものとして説明されたかなりの数の中空の球体を表す。さらに、大きなサイズは結合剤の多くの浪費も意味する。さらに、この先行技術のプロセスは、望ましいサイズのものが低い生成量に低下すること（−２００/＋２５０および−２５０/＋３２５の欄を参照。しかしながら、これら二つの欄は依然として総量の約３０％の範囲の製品の割合を占める）、および、非常に小さな粒子が少量になる（−３２５/＋４００および−４００の欄のサイズを参照）という、二つのモードのある作用を示している。

さらに、本発明の粉末においては密度と流動データも好ましい。モリブデン粉末（これらの篩サイズの結果は図７に示される）を形成するための先行技術のプロセスのバッチ１および２の各々は、スコットスケール（Scott scale）について約１.８g/ccと約１.９g/ccのそれぞれ測定された密度を有していた（密度の測定のために＋３２５の粉末が用いられた）。さらに、ホール（Hall）流動性は約５０s/５０g（０.１インチのオリフィスを通して５０グラム移動するのに５０秒）のオーダーであり、バッチ２は約５３秒/５０gを示した（この場合も流動性を測定するのに＋３２５の粉末が用いられた）。

これと比較して、一方、本発明の四つの類例の配合の結果は、スコットスケールについて見かけ上およそ２.７５〜２.９g/ccの高い密度を示して、配合Dは２.７５g/cc、配合Cは２.７６g/cc、配合Bは２.８３g/cc、配合Aは２.８７g/ccであり、そしてスコットスケールについて見かけ上およそ２.６７〜２.７８g/ccの密度を示して、配合Dは２.６７g/cc、配合Cは２.７１g/cc、配合Bは２.７７g/cc、配合Aは２.７８g/ccであった。本発明のこれらの大きな密度は主として、先行技術の噴霧乾燥プロセスにおいて見いだされるような中空で球形ということが無いためであろう。さらに、このことは所定の体積の粉末においてより多くの金属が用いられることを意味し、また本発明の最終製品としての粉末を用いるあらゆる後続のプロセス（例えばコーティングのプロセス）においてより効率的に用いられる金属の量が多いことを意味するのであるから、このような密度は有利なものである。

さらに、本発明の粉末のホール流動性の結果は、約２０s/５０gから約２２.３s/５０gまでの範囲の高度に流動性の金属粉末製品であることも示していて、詳細には、配合Aは２０.００s/５０g、配合Bは２０.３３s/５０g、配合Cは２１.９７s/５０g、そして配合Dは２２.２８s/５０gであった。これらの非常に大きな流量は、本発明の金属粉末製品がいかなる用途においても大きな効率を示すことをも意味している。

また、配合A〜Dと先行技術のバッチ１および２の試験からのこれらのデータ（図６、図７および上記の密度と流動データを参照）は、パルス燃焼機械からグリーンの形態で出てきた最終製品としての粉末（例えば、選択的な加熱工程34を行う前のもの）から得られたものであることにも注目することができる。それにもかかわらず、その後の加熱（例えば、選択的な工程34における加熱）は、いかなる実質的な点においてもこれらの結果に影響しない。それにもかかわらず、先行技術の噴霧乾燥プロセスは密度または流動性の実質的にわずかの変化を伴って二つのモードのある出力（bi-modal outputs）をもたらし、一方、本発明のプロセスは密度または流動性の顕著な変化を全く伴わずにガウス収量分布を引き続き示す。

要約して言えば、図６と図７のグラフおよびこれらの密度と流動データは、本発明の幾つかの利点を示している。第一に、図７と上の説明で示したように、従来の噴霧乾燥は二つのモードのある分布を示す。この二つのモードのある分布は部分的には所望の材料の領域の範囲内になるが、図６でわかるように、本発明は所望の領域においてガウス分布を示して二つのモードを示さない材料をもたらす。本発明の分布は（ここで示しているように、これは依然としてガウス分布とみなすことができるけれども）、小さい方の粒子について望ましいメッシュサイズを外れる第二の曲線を有するとみなすこともできる。しかしながら、決して望ましくない最終製品を表すものであるこの第二の曲線または曲線の拡張部分は、実質的に未反応の材料からなる。これは、むしろ完全に反応していて再循環させるには大きすぎる材料の生成を証明している非ガウスかつ二つのモードのある分布を示す従来の噴霧乾燥プロセスとは異なっている。さらに、配合A〜Dからのデータは、望ましい製品の領域でのガウス曲線は結合剤の量を様々に用いることによって容易に移動させることができる、ということを示している。図６のグラフは、高い割合の結合剤を用いることによって、より多くの反応した生成物が得られ、そしてその反応生成物はより大きな粒子の方へ移動することを示す（特に配合Dを参照）。また、本発明は狭い収量分布ももたらす。これは、モリブデンの従来の噴霧乾燥による二つのモードのある曲線と比較して、使用に適した領域にある狭い分布曲線である。

さらに、従来の噴霧乾燥プロセスと比較して、本発明における結合剤の含有量が通常に好ましい程度に低減することにおいて幾つかの利点がある。モリブデン粉末の−２００/＋３２５の米国タイラーメッシュについての０.５wt.％〜０.８wt.％の実証された範囲を含めて約０.１wt.％〜約０.９wt.％の好ましい量の幾つかのものと比較して、従来の噴霧乾燥においては一般に約１wt.％の結合剤を用いる。実際に、１wt.％の領域の高い結合剤の量はしばしば本発明のプロセスにおいてあまり望ましくない固着をもたらすことがあり、これは特に流動性に強い影響を与える。さらに、本発明のプロセスのこの低い結合剤の含有量は、初期において導入される不純物が少ないために、完成した製品粉末に高い純度がもたらされる。従って、本発明によって製造される最終製品の材料は、従来の噴霧乾燥を用いて製造されるものと比較して高品質で高純度のものであり、そして改善された特性を有する。データは、従来の噴霧乾燥による材料と比較して、流動時間が短縮し（すなわち、流量が高いことは流動時間が短縮することに等しい）、そして密度が増大する（中空の凝集物が全くないか、または少なくとも実質的に少ない）、ということを示している。。

本発明の好ましい態様を説明したが、それらに適当な修正を加えることができて、それでもなお、そのようなものは本発明の範囲内にあると考えられる。従って、本発明は添付した特許請求の範囲によってのみ解釈されるべきである。

図１は本発明に従う方法を描写した流れ図である。 図２は本発明において、および／または本発明とともに用いることのできるパルス燃焼装置の断面図である。 図３は本発明に従う別の方法を描写した別の流れ図である。 図４は本発明に従うさらに別の方法を描写したさらに別の流れ図である。 図５は本発明に従うさらにもう一つの別の方法を描写したさらに別の流れ図である。 図６は本発明に従う方法を実施した結果を示すグラフである。 図７は先行技術に従う方法を実施した結果を示すグラフである。

Claims (31)

1. 金属粉末製品を製造するための方法であって：
   先駆金属粉末の供給物を用意すること；
   前記先駆金属粉末を液体と混合してスラリーを形成すること；
   前記スラリーを熱ガスの脈動流の中に供給すること；および
   金属粉末製品を回収すること；
   を含む前記方法。
2. 前記液体は水を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記先駆金属粉末を液体と混合してスラリーを形成することは、前記先駆金属粉末を液体および結合剤と混合してスラリーを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記先駆金属粉末を液体および結合剤と混合してスラリーを形成することは、先駆金属粉末を液体および結合剤と混合する前に液体と結合剤を加熱することを含む、請求項３に記載の方法。
5. 液体と結合剤を加熱することは、液体と結合剤を約７１℃の温度まで加熱することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記液体は水を含み、そして前記結合剤はポリビニルアルコールを含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記スラリーは重量で約６０％と約９９％の間の金属粉末材料を含む、請求項３に記載の方法。
8. 前記スラリーは重量で約０.０１％と約５％の間の結合剤を含む、請求項３に記載の方法。
9. 先駆金属粉末の供給物を用意することは、金属粉末、合金粉末、およびこれらの混合物からなる群から選択される先駆金属粉末の供給物を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 先駆金属粉末の供給物を用意することは、共晶金属粉末、非共晶金属粉末、耐熱性金属粉末、およびこれらの混合物からなる群から選択される先駆金属粉末の供給物を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 先駆金属粉末の供給物を用意することは、約０.２５μmから約１００μmまでの範囲の大きさを有する先駆金属粉末の供給物を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 先駆金属粉末の供給物を用意することは、約１μmから約２０μmまでの範囲の大きさを有する先駆金属粉末の供給物を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 先駆金属粉末の供給物を用意することは、モリブデン金属粉末の供給物を用意することを含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記金属粉末製品を所望の製品サイズ範囲内のサイズ範囲を有する第一の粉末金属製品に分離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 所望の製品サイズ範囲を外れるサイズを有する前記金属粉末製品を再循環させることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記所望の製品サイズ範囲は約１０μmから約１００μmまでの範囲を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記所望の製品サイズ範囲は約４４μmから約７６μmまでの範囲を含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記スラリーを供給することは、約３００℃〜約８００℃の範囲の温度を有する熱ガスの脈動流の中に前記スラリーを供給することを含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記スラリーを供給することは、約４２７℃〜約６７７℃の範囲の温度を有する熱ガスの脈動流の中に前記スラリーを供給することを含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記スラリーを供給することは、熱ガスの脈動流の中に前記スラリーを供給することを含み、熱ガスはほぼ音速で脈動する、請求項１に記載の方法。
21. 熱ガスの脈動流の中に前記スラリーを供給することは、先駆金属粉末製品の少なくとも幾分かを部分的に溶融させることを含み、そして金属粉末製品を回収する前に、部分的に溶融した先駆金属製品を再凝固させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
22. 熱ガスの脈動流の中に前記スラリーを供給することは、先駆金属粉末製品の少なくとも幾分かを完全に溶融させることを含み、そして金属粉末製品を回収する前に、完全に溶融した先駆金属製品を再凝固させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
23. 請求項１に記載の方法に従って製造された金属粉末製品。
24. ５０グラムに対して約３０秒未満のホール流動性を有する金属粉末製品。
25. 前記金属粉末製品は純金属、合金、およびこれらの混合物からなる群から選択される金属を含む、請求項２４に記載の金属粉末製品。
26. 前記金属粉末製品は耐熱性金属を含む、請求項２４に記載の金属粉末製品。
27. 前記金属粉末製品はモリブデンを含む、請求項２４に記載の金属粉末製品。
28. 前記金属粉末製品は５０グラムに対して約２０秒から約２３秒までの範囲のホール流動性を有するモリブデンを含む、請求項２４に記載の金属粉末製品。
29. 前記金属粉末製品は約１g/ccから約４g/ccの範囲のスコット密度を有するモリブデンを含む、請求項２４に記載の金属粉末製品。
30. 前記金属粉末製品は約２.６g/ccから約２.９g/ccの範囲のスコット密度を有するモリブデンを含む、請求項２４に記載の金属粉末製品。
31. 金属粉末製品を製造するための装置であって：
    金属粉末のスラリーを形成するための手段；
    パルス燃焼装置、このパルス燃焼装置は熱ガスの脈動流を生成する；
    前記パルス燃焼装置および金属粉末のスラリーを形成するための前記手段と機能的に連動する供給装置、この供給装置は金属粉末のスラリーを受け入れて、そして前記金属粉末のスラリーを熱ガスの脈動流の中に注入する；および
    前記パルス燃焼装置と機能的に連動する回収装置、前記回収装置は金属粉末製品を受け入れる；
    を含む前記製造装置。

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