JP2020090704A - 金属粒子製造方法および金属粒子製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本開示の実施の形態1について説明する。
図1は、本実施の形態1に係る金属粒子製造装置200の構成について説明するための図である。図1に示すように、金属粒子製造装置200は、第1槽201と、第2槽203と、超音波振動子207と、溶存気体濃度調整装置208と、加熱装置209と、を有する。第1槽201には、第1液状媒体202が収容される。第2槽203内には第1槽201が配置されており、第1槽201の周囲に第2液状媒体204が収容される。超音波振動子207は、第1槽201の外側、かつ第2槽203の内側において、第2液状媒体204に覆われるように配置される。溶存気体濃度調整装置208は、第1液状媒体202中の溶存気体濃度を計測し、かつ第1液状媒体202中の溶存気体濃度を調整する装置である。
図2は、本実施の形態1における金属粒子の製造方法を説明するための図である。図2に示すように、ステップS1において、金属材料205が第1液状媒体202に浸漬される。次に、ステップS2において、第1液状媒体202が金属材料205の融点以上に加熱される。ステップS3において、第1液状媒体202(および金属材料205)が収容された第1槽201が、第2液状媒体204が収容された第2槽203内に配置される。ステップS4において、超音波振動子207を動作させ、超音波キャビテーションを金属材料205の表面に作用させる。ステップS5において、溶融した金属材料205から球形の金属粒子206が形成される。
まず、金属粒子206の原料となる金属材料205が準備される。金属材料205は、第1液状媒体202中で溶融させる(換言すれば、金属材料205の融点が第1液状媒体202の沸点よりも低い)ことができれば、特に限定されない。金属材料205としては、任意の金属材料(任意の単体金属または任意の金属組成を有する2つ以上の金属の合金または複合体)が使用され得る。
次に、加熱装置209により、第1液状媒体202が金属材料205の融点以上に加熱される。これにより、金属材料205が第1液状媒体202中で溶融する。
上記説明したステップS2における第1液状媒体204の加熱により、金属材料205が溶融する。金属材料205が少なくとも部分的に溶融し、好ましくはその全体が溶融した後、本ステップS3が実行される。ステップS3において、第1液状媒体202(および金属材料205)が収容された第1槽201が、超音波振動子207が浸漬されている第2槽203内の第2液状媒体204に浸漬される。
次に、第2液状媒体204中に浸漬されている超音波振動子207が作動する。超音波振動子207は、図示しない超音波発振器からの高周波電力を受けて振動し、超音波を発生する。本発明において、超音波振動子207には、任意のものを使用できる。超音波振動子207としては、例えば、投込み型やフランジ型等を含み得る市販の超音波振動子207が利用されうる。
上記説明したステップS4において、換言すれば超音波振動子207が作動している間、溶存気体濃度調整装置208は、第1液状媒体202中の溶存気体濃度が所定の濃度範囲内となるように溶存気体濃度調整処理を行う(ステップS41)。
上記したように、ステップS4における超音波キャビテーションにより発生する衝撃波が溶融した金属材料205の表面に作用することで、溶融した金属材料(液塊)205から球形の金属粒子206が液滴の形態で分離形成される。形成された金属粒子206の液滴は、第1液状媒体202中で自らの表面張力により球形となる。これにより、粒径が小さく、かつ球形である金属粒子206が製造される。具体的には、金属粒子206の粒径は、例えば10μm以下、好ましくは6μm以下であり、代表的には1μm以上10μm以下、更に代表的には1μm以上6μm以下である。
次に、本開示の実施の形態2について説明する。
図4は、実施の形態2における金属粒子製造装置900の構成について説明するための図である。図4に示すように、金属粒子製造装置900は、第1槽902と、第2槽904と、ホッパー908と、加熱装置909と、超音波振動子912と、冷却装置913と、溶存気体濃度調整装置917と、を有する。第1槽902には、第1液状媒体901が収容される。第2槽904内には第1槽902が配置されており、第1槽902の周囲に第2液状媒体903が収容される。超音波振動子912は、第1槽902の外側、かつ第2槽904の内側において、第2液状媒体903に覆われるように配置される。溶存気体濃度調整装置917は、第1液状媒体901中の溶存気体濃度を計測し、かつ第1液状媒体901中の溶存気体濃度を制御できる装置である。
本実施の形態2における金属粒子915の製造方法について詳細に説明する。なお、金属材料916、第1液状媒体901および第2液状媒体903には、上記説明した実施の形態1の金属材料205、第1液状媒体202および第2液状媒体204と同様の物質が使用されうる。
以上説明したように、本開示の実施の形態に係る金属粒子製造方法は、金属材料205(916)を、金属材料205(916)の融点以上に加熱された第1液状媒体202(901)中にて溶融させる第1工程と、第1液状媒体202(901)中で衝撃波を発生させ、衝撃波を溶融した金属材料205(916)の表面に当てて、金属材料205(916)から金属粒子206(915)を得る第2工程と、を含み、第2工程は、第1液状媒体202(901)中の溶存気体濃度が所定範囲内となるように調整する第3工程を含む。
以下、上記実施の形態1にて説明した金属粒子製造装置200を用いた金属粒子の製造方法の実施例について説明する。本実施例1においては、金属材料205としてSn−58mass%Bi(融点138℃、比重8.76g/cm3)を用い、第1液状媒体202としてブチルトリグリコール(BTG:沸点271℃、粘度8.1mPa・s)を用いた。
本実施例2では、BTG中の溶存気体濃度を超音波照射前に4mg/Lまで脱気した(実施例1では4.5mg/L)。また、超音波照射中はBTGの溶存気体濃度を2mg/L以上4mg/L以下の範囲に制御した(実施例1では1.5mg/L以上4.5mg/L以下)。それ以外の条件は実施例1と同様とした。本実施例2では、得られた粒径1〜6μmの範囲の金属粒子の製造量は591g/hであった。
第1液状媒体202中の溶存気体濃度を超音波照射前に3mg/Lまで脱気した(実施例1では4.5mg/L)。また、超音波照射中はBTGの溶存気体濃度を2mg/L以上3mg/L以下の範囲に制御した(実施例1では1.5mg/L以上4.5mg/L以下)。上記により得られた粒径1〜6μmの範囲の金属粒子の製造量は630g/hであった。
201 第1槽
202 第1液状媒体
203 第2槽
204 第2液状媒体
205 金属材料
206 金属粒子
207 超音波振動子
208 溶存気体濃度調整装置
209 加熱装置
900 金属粒子製造装置
901 第1液状媒体
902 第1槽
903 第2液状媒体
904 第2槽
905 接続パイプ
906 金属粒子回収部
907 ポンプ
908 ホッパー
909 非接触加熱装置
911 加熱装置
912 超音波振動子
913 冷却装置
914 パイプ
915 金属粒子
916 金属材料
917 溶存気体濃度調整装置
Claims (6)
- 金属材料を、前記金属材料の融点以上に加熱された第1液状媒体中にて溶融させる第1工程と、
前記第1液状媒体中で衝撃波を発生させ、前記衝撃波を溶融した前記金属材料の表面に当てて、前記金属材料から金属粒子を得る第2工程と、を含み、
前記第2工程は、前記第1液状媒体中の溶存気体濃度が所定範囲内となるように調整する第3工程を含む、
金属粒子製造方法。 - 前記第3工程は、前記衝撃波が前記金属材料に当てられるより前に行われる前記第1液状媒体の脱気処理と、前記衝撃波が前記金属材料に当てられ始めた後に行われる前記第1液状媒体の気体溶解処理と、を含む、
請求項1に記載の金属粒子製造方法。 - 前記金属材料は、SnまたはBiを主成分とした金属または合金であり、前記第1液状媒体は、ブチルトリグリコールであり、前記所定範囲は1.5mg/L以上4.5mg/L以下である、
請求項1または2に記載の金属粒子製造方法。 - 第1液状媒体および金属材料を収容する第1槽と、
前記第1液状媒体に超音波を照射して前記第1液状媒体内で衝撃波を発生させる超音波振動子と、
前記金属材料の融点以上まで前記第1液状媒体を加熱する加熱装置と、
前記第1液状媒体中の溶存気体濃度を調整する溶存気体濃度調整装置と、
を有し、
溶融した前記金属材料に前記衝撃波を当て、前記金属材料の表面から金属粒子を得る、
金属粒子製造装置。 - 前記第1液状媒体中の前記金属粒子を回収する金属粒子回収部を更に有し、
前記第1槽は、前記第1液状媒体が流れ込む入口部および前記第2液状媒体が流れ出す出口部を有し、前記出口部と前記入口部とは接続パイプを介して互いに接続されており、
前記金属粒子回収部は、前記出口部の下流側と前記入口部の上流側との間に配置されており、
前記金属粒子が回収された後の前記第1液状媒体は、前記接続パイプを通って前記第1槽の入口部に戻る、
請求項4に記載の金属粒子製造装置。 - 前記溶存気体濃度調整装置は、前記第1液状媒体の溶存気体濃度が所定の濃度範囲より高い場合には前記第1液状媒体の脱気処理を行い、前記第1液状媒体の溶存気体濃度が前記所定の濃度範囲より高い場合には前記第1液状媒体の気体溶解処理を行う、
請求項4または5に記載の金属粒子製造装置。
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