JP2009120908A - ガスアトマイズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物が混入しない高純度な金属粉末を得ることができる。
【解決手段】滴下する金属材料の溶湯に噴霧ガスを衝突させて噴霧チャンバー１内で金属粉末２４を生成させ、サイクロン６で金属粉末２４を分離し回収するようにしたガスアトマイズ装置において、噴霧チャンバー１およびサイクロン６の内壁のうちで金属粉末２４が衝突する部分を、上記内壁とは別体の、上記金属材料と同質の金属材で構成されたカバー体６２，７１にして、これらを内壁に着脱可能に取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明はガスアトマイズ装置に関し、特に、高純度の金属粉末を製造するのに適したガスアトマイズ装置に関する。

近年、ＤＶＤ等の表面記録層を形成するためのスパッタリングターゲットとしてフォーナインやファイブナインの、高純度で結晶粒径が微細な金属が求められており、従来の鋳造−鍛造法に代えて、スパッタリングターゲットを金属粉末の焼結体で製造することが提案されている。そして、このような金属粉末を得るのにガスアトマイズ装置が使用される。ガスアトマイズ装置は、金属溶湯を噴霧ガスによって粉末化するもので、特許文献１に記載の装置では、噴霧チャンバー内で生成された金属粉末を、冷却部を兼ねた搬送パイプでサイクロンへ送り、サイクロンにて金属粉末をガスと分離し回収するようにしている。
特開平６−２７９８１２

ところで、ガスアトマイズ装置で高純度の金属粉末を製造する場合に１００ｐｐｍ以下の微量の不純物が混入することがあり、高純度の粉末ではこの微量な不純物の混入が問題となっている。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、不純物が混入しない高純度な金属粉末を得ることができるガスアトマイズ装置を提供することを目的とする。

発明者等の知見によると、金属粉末に混入する不純物はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ等である。これらは噴霧チャンバーやサイクロンを構成するＳＵＳ材の成分であり、噴霧チャンバーやサイクロンの内壁に金属粉末が高速で衝突した際に削り取られて生じる粉塵であることが判明した。

そこで、本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、本第１発明では、滴下する金属材料の溶湯に噴霧ガスを衝突させて噴霧チャンバー（１）内で金属粉末（２４）を生成させ、サイクロン（６）で金属粉末（２４）を分離し回収するようにしたガスアトマイズ装置において、噴霧チャンバー（１）およびサイクロン（６）の内壁（１ａ、６ａ）のうちで金属粉末（２４）が衝突する部分（２３，６２，７１）を、上記金属材料と同質の金属材で構成したことを特徴としている。ここで、同質の金属材とは、金属材料が単一金属である場合にはこれと同じ金属材であり、上記金属材料が合金である場合には、重量％比率が最も大きい金属と同じ金属材とする。

本第１発明において、金属粉末が噴霧チャンバーおよびサイクロンの内壁部分に衝突するとその一部が削り取られて金属粉末に混入するが、混入する金属材は金属粉末と同質のものであるから不純物となることはない。

本第２発明では、上記金属粉末（２４）が衝突する部分（２３，６２，７１）を上記内壁（１ａ、６ａ）とは別体にして、当該内壁に着脱可能に取り付ける。

本第２発明においては、溶解される金属材料が変更された場合には、金属粉末が衝突する内壁部分を、上記金属材料と同質の金属材のものに速やかに取り替えることができる。また、上記内壁部分に金属粉末が付着しても、内壁部分を取り替えるだけで済み、付着した金属粉末を研磨除去する作業は不要である。

本第３発明では、噴霧チャンバー（１）の下端に連通する粉末回収容器（５１）を設ける。本第３発明においては、相対的に粗く重い金属粉末が噴霧チャンバー内を下降して粉末回収容器に回収されるから、サイクロンに向かって流通する過程で汚染される金属粉末の割合を最小限に抑えられる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明のガスアトマイズ装置によれば、不純物が混入しない高純度な金属粉末を得ることができる。

図１にはガスアトマイズ装置の構成を示す。図１において、上方へ開放する噴霧チャンバー１の上方には水冷銅の筒状ルツボ２が位置しており、ルツボ２の下方開口はアトマイズノズル３で閉鎖されている。アトマイズノズル３には中心に溶湯供給孔３１が上下方向へ貫通しており、また、アトマイズノズル３１には、途中に圧力調整弁４１を設けた、不活性ガス（例えばＡｒガス）カードル４から至るガス供給管４２が連結されている。ルツボ２の周囲には誘導加熱コイル２１が配設されており、ルツボ２内の金属材料が誘導熱で溶解させられるとともに、溶解された溶湯２２は、上記コイル２１によって生成される磁気力で半浮揚状態となってルツボ２の内周壁と非接触の状態に保持されている。こうした溶解炉はコールドクルーシブ炉と呼ばれ、耐火物（アルミナ、マグネシア等）のルツボを使用する場合に比べ、不純物の混入が少なく、より一層高純度の粉末を生成することができる。

ルツボ２の下端外周フランジ２５の下方には筒状のガイドシリンダ２３（図２）が下方へ向けて突設されている。ガイドシリンダ２３は頂面の開口縁がボルト２３１でアトマイズノズル３の外周下面に着脱可能に取り付けられており、噴霧チャンバー１の開放口を閉鎖した状態でアトマイズノズル３と共に一体で昇降可能である。すなわち、アトマイズノズル３は噴霧後にメンテナンスする場合があるが、この場合には、図示しない昇降用のモータを駆動してガイドシリンダ２３を下降させてアトマイズノズル３をルツボ２から切り離している。なお、上記ルツボ２内で溶解させられる金属材料は、例えばチタン、ジルコニウム、これらの合金、あるいは希土類金属の合金等である。

溶湯２２は溶湯供給孔３１から滴下するが、その過程でアトマイズノズル３のガス噴出孔（図示略）から噴出する不活性ガスによって微粒化され、噴霧チャンバー１内を降下する過程で冷却凝固して金属粉末２４となる。噴霧チャンバー１の底壁１１は下方へ縮小する円錐形をなし、その下端には、直下に配設された粉末回収容器５１に至る回収パイプ１２が接続されている。回収パイプ１２からは搬送パイプ１３の一端が分岐して、その他端はサイクロン６の周壁上端に連結されている。サイクロン６の、下方へ漸次縮小する下端は粉末回収容器５２に連通している。サイクロン６の頂壁からは排気管６１が延出してブロア（図示略）を含む排気系へ至っている。

ここで、本実施形態では、噴霧チャンバー１の底壁１１に沿い、回収パイプ１２の連結開口を除いて上記底壁１１を覆うように、図３に示すような円錐筒状のカバー体７１が着脱可能に取り付けられている。具体的には、カバー体７１は噴霧チャンバー１の底壁１１上にこれに当接する状態で載置されているだけで、ボルト等による固定はされていない。また、サイクロン６の周壁上端のうち搬送パイプ１３の連結開口部に対向する内壁にはこれを覆って図４に示すようなカバー体６２がボルト６２１で着脱可能に取り付けられている。そして、アトマイズによって生成された金属粉末２４が衝突して表面が削り取られるおそれのある上記ガイドシリンダ２３やカバー体６２，７１は、金属粉末２４すなわち溶解される金属材料と同質の金属材で構成してある。すなわち、ガイドシリンダ２３やカバー体６２，７１は、溶解される金属材料が単一金属である場合にはこれと同じ金属材で構成され、上記金属材料が合金である場合には、このうち重量％比率が最も大きい金属と同じ金属材で構成されている。具体的には、生成する粉末がＴｉであれば、カバー体６２，７１等をＴｉ材で形成し、粉末がＦｅであれば、カバー体６２，７１等をＦｅで形成する。さらには、粉末がＴｉ−Ａｌであれば、カバー体６２，７１等をＴｉで形成する。なお、カバー体６２やガイドシリンダ２３の締結用ボルト６２１，２３１も粉末に応じて変更し、例えばＴｉ製のボルトを用いる。

このような構造において、噴霧チャンバー１内で生成され下降する金属粉末２４のうち相対的に粗く重いものは、ガス流に乗ることなく回収パイプ１２を経て粉末容器５１内に回収される。一方、相対的に細かく軽いものは、ガス流に乗って搬送パイプ１３を経てサイクロン６に至り、ここでガス流と分離されてサイクロン６の下端に連通する粉末回収容器５２に落下してここで回収される。以上の過程で、金属粉末２４がガイドシリンダ２３やカバー体６２，７１に衝突するとこれらガイドシリンダ２３等の一部が削り取られて金属粉末２４に混入するが、混入する金属材は金属粉末２４と同質の金属であるから不純物となることはない。

本実施形態では、ガイドシリンダ２３やカバー体６２，７１を噴霧チャンバー１やサイクロン６の内壁１ａ，６ａに対して着脱可能としてあるから、溶解される金属材料が変更された場合にはこれに応じて速やかにガイドシリンダ２３やカバー体６２，７１を、上記金属材料と同質の金属材のものに取り替えることができる。さらに、噴霧チャンバー１の内壁１ａのうち底壁１１の部分には金属粉末２４が付着し易く、従来は底壁部分に付着した金属粉末を研磨除去する作業を必要としたが、底壁１１を覆って着脱可能な上記カバー体７１を設けたことにより、金属粉末２４の付着したカバー体７１を取り替えるだけで研磨作業は不要である。

さらに、サイクロン６のみならず噴霧チャンバー１にも粉末回収容器５１を設けて、ここで相対的に粗く重い金属粉末２４を回収するようにしたから、搬送パイプ１３を流通する際に汚染される金属粉末２４の割合を最小限に抑えることができる。なお、流通する金属粉末２４が衝突して削り取られる可能性のある搬送パイプ１３や排気管６１のエルボ部分を着脱可能にして、このエルボ部分を、生成される金属粉末２４と同質の金属材製のものに取り替えるようにしても良い。具体的には、Ｔｉ粉末を生成する場合には、Ｔｉ製のエルボ部分を使用する。このようにすると、さらに高純度の粉末を製造することができる。

本発明の一実施形態におけるガスアトマイズ装置の構成を示す図である。 ガイドシリンダの斜視図である。 噴霧チャンバーに設けるカバー体の斜視図である。 サイクロンに設けたカバー体の斜視図である。

符号の説明

１…噴霧チャンバー、２３…ガイドシリンダ（内壁部分）、２４…金属粉末、３…アトマイズノズル、５１…粉末回収容器、６…サイクロン、６２…カバー体（内壁部分）、７１…カバー体（内壁部分）。

Claims (3)

1. 滴下する金属材料の溶湯に噴霧ガスを衝突させて噴霧チャンバー内で金属粉末を生成させ、サイクロンで前記金属粉末を分離し回収するようにしたガスアトマイズ装置において、噴霧チャンバーおよびサイクロンの内壁のうちで金属粉末が衝突する部分を、前記金属材料と同質の金属材で構成したことを特徴とするガスアトマイズ装置。
2. 前記金属粉末が衝突する部分を、前記内壁とは別体にして、当該内壁に着脱可能に取り付けた請求項１に記載のガスアトマイズ装置。
3. 前記噴霧チャンバーの下端に連通する粉末回収容器を設けた請求項１又は２に記載のガスアトマイズ装置。

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