JP3814832B2

JP3814832B2 - 無機粉末混合物

Info

Publication number: JP3814832B2
Application number: JP18066794A
Authority: JP
Inventors: 正英毛利; 紳一郎田中; 洋小川
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: JPH0826722A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、単結晶用原料、溶射材用原料に用いられる無機粉末混合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無機粉末は、単結晶用原料、溶射材用原料、焼結体用原料、多孔体用原料等に広く用いられている。従来の無機粉末は、破砕法で製造されるため、形状や粒度分布が不均一で、単結晶製造あるいは溶射等に使用される原料として、流動性が悪く、安定な供給が困難で、充填密度が低い等の問題があった。
【０００３】
これらの問題を克服するために、ホッパーの傾きやノズルの径を最適化する等装置の形状の改善を行ったり、撹拌、振動、加圧等、外部から力をかけるなど強制的に流動させていた。しかしながら、この様な方法では装置が複雑で高価になるという問題があった。
【０００４】
また、流動性を向上させるために数百ミクロン〜数ミリの大きさに造粒した粒子が用いられているが、この方法では流動性がよくなる反面、充填密度が低くなるという問題があった。
【０００５】
流動層の流動性を改良する方法の一つとして、微粉を混入させることが化学工学、３８巻（１９７４）、２９頁に記されているが、粒度分布改善による流動性の改善が目的であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、流動性が高く、安定な供給が可能で充填密度の高い無機粉末混合物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の発明からなる。
１）数平均粒子径がＤ₁であり実質的に破面を有しない球状または多面体粒子からなる無機粉末Ａ（ただし、無機粉末Ａは酸化アルミニウムまたはイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）である。）と数平均粒子径がＤ₂である粉末Ｂ（ただし、粉末Ｂは酸化アルミニウムまたは遷移アルミナである。）との粉末混合物からなり、Ｄ₁が０．１μｍ以上３００μｍ以下、Ｄ₁／Ｄ₂比が５０以上、無機粉末Ａの１００体積部に対して粉末Ｂが０．０１から２体積部の範囲にあり、該粉末混合物の安息角が４０゜以下であることを特徴とする単結晶用原料用または溶射材用原料用の無機粉末混合物。
２）数平均粒子径がＤ₁ である無機粉末Ａの表面に数平均粒子径がＤ₂ である粉末Ｂが付着した粉末混合物からなることを特徴とする前項１記載の無機粉末混合物。
【０００８】
３）無機粉末Ａと粉末Ｂが同一物質であることを特徴とする前項１または２記載の無機粉末混合物。
【０００９】
４）Ｄ₁／Ｄ₂比が７０以上１６１以下である前項１記載の無機粉末混合物。
【００１０】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の無機粉末混合物は、大きな粒子径を有する無機粉末Ａと小さな粒子径を有する粉末Ｂとを混合用装置を用いて混合させることにより、無機粉末Ａの表面に粉末Ｂを付着させることにより流動性が著しく改善されたものである。
【００１１】
無機粉末Ａとしては、流動性の改良を必要とする全ての酸化アルミニウムまたはイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いることができる。ここで無機粉末Ａの合成方法は特に限定されない。
【００１２】
無機粉末Ａの好ましい具体例としては、酸化アルミニウムまたはイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を挙げることができる。
【００１３】
無機粉末Ａの数平均粒子径Ｄ₁ は、０．１μｍから３００μｍ、好ましくは１μｍから３００μｍである。無機粉末Ａの数平均粒子径Ｄ₁ が０．１μｍ未満の場合には、それより小さな数平均粒子径Ｄ₂ を有する粉末Ｂと混合させて低い安息角を有する無機粉末混合物を得ることは困難であり、実用的ではない。一方、３００μｍを超える場合は、流動性を改善しなくても安息角は低い。ここで、無機粉末Ａの数平均粒子径Ｄ₁ と粉末Ｂの数平均粒子径Ｄ₂ との比（Ｄ₁ ／Ｄ₂ ）は５０以上である。Ｄ₁ ／Ｄ₂ の比が１５未満では５０°以下の安息角を有する無機粉末混合物を得ることができない。
【００１４】
無機粉末Ａの粒度分布は特に限定されない。粒度分布のシャープな粒子から粒度分布の比較的ブロードな粒子まで、いずれでも用いることができる。また数平均粒子径の異なる２種類以上の粉末を混合させたものも用いることができる。
【００１５】
無機粉末Ａの形状は、実質的に破面を有しない球状あるいは多面体粒子が好ましい。無機粉末Ａをより球状に近付けることにより、流動性をより改善することができる。
【００１６】
粉末Ｂとして用いる粉末は、その数平均粒子径が無機粉末Ａの１／５０以下の酸化アルミニウムまたは遷移アルミナを用いることができる。
【００１７】
粉末Ｂの好ましい具体例としては、酸化アルミニウム、遷移アルミナを挙げることができる。
【００１８】
粉末Ｂとしては、最終製品を得るまでに除去できるもの、化学変化を起こしても最終製品に対して無害となるもの、残留しても最終製品の特性に影響を与えないものであればいかなる粉末でも用いることができる。ここで、無機粉末Ａと粉末Ｂとは異なる物質でも使用することができるが、同一物質を混合することが好ましい。
【００１９】
無機粉末Ａと粉末Ｂとが同一物質である場合、結晶型が異なっても問題はない。例えば、α−アルミナ表面にγ−アルミナを付着させることにより、安息角の低い無機粉末混合物を得ることができる。
【００２０】
粉末Ｂの添加量は、無機粉末Ａの体積の１００体積部に対して、粉末Ｂの体積が０．０１から２体積部の範囲である。粉末Ｂの体積が０．００１体積部未満の場合、粉末Ｂの体積が１５体積部を超える場合、いずれも安息角が５０°を超えるので好ましくない。
【００２１】
粉末Ｂの粒度分布は特に限定されない。粒度分布のシャープな粒子から粒度分布の比較的ブロードな粒子まで、いずれでも用いることができる。また、数平均粒子径の異なる２種類以上の粉末を混合させたものも用いることができる。
【００２２】
無機粉末Ａと粉末Ｂとを混合する混合装置は必ずしも限定されず、湿式法、あるいは乾式法が採用でき、また通常用いている粉砕機、解砕機あるいは混合機を用いることができる。具体的にはボールミル、振動ミル、ジェットミル、Ｖ型混合機等を挙げることができる。
【００２３】
無機粉末Ａの製造工程において、同時に数平均粒子径が無機粉末Ａの１／５０以下の粉末Ｂが得られるような場合には、無機粉末Ａに粉末Ｂを混合する混合工程を省略することも可能である。
【００２４】
無機粉末Ａの製造工程中に、粉砕工程、解砕工程あるいは混合工程が存在する場合には、それぞれの工程の前にあらかじめ粉末Ｂを添加することにより、流動性を改良した粉末を得ることができる。
【００２５】
無機粉末Ａと粉末Ｂとを混合して得られる無機粉末混合物を焼成することにより、無機粉末Ａと粉末Ｂとを強固に付着させて付着力を増加させて用いることも可能である。ここで無機粉末Ａどうしがネックを形成することがあるので、そのような場合には解砕が必要となる。
【００２６】
得られた無機粉末混合物の安息角は４０゜以下、更に好ましくは３０゜以下である。安息角が５０゜以上では流動性が悪く、原料としての無機粉末混合物の安定な供給が困難であり、また、充填密度が低い等の問題が生じる。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、本発明における各種の測定は次のようにして行った。
１）無機粉末Ａと粉末Ｂの数平均粒子径。
無機粉末ＡのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日本電子株式会社製：Ｔ−３００）写真を写し、その写真から８０ないし１００個の粒子を選び出して画像解析を行い、円相当径の平均値とその分布を求めた。円相当径とは、面積が等しい真円の直径に換算した値をいう。
無機粉末Ａの表面に付着した粉末ＢのＳＥＭ写真から、無機粉末Ａと同様にして円相当径を求めた。
２）安息角の測定。
安息角は注入法によって測定した。測定には１０〜２０ｇのサンプルを用い、４２メッシュのふるいを、はけで掃きながら通し、その後ロート（排出孔径６ｍｍ）を通して堆積させた。排出孔から粉体が堆積する面までの距離を１００ｍｍに設定した。角度の読み取りは分度器を用いた。
【００２８】
３）充填密度の測定。
充填密度は軽装密度として測定した。測定には５０ｍｌのメスシリンダーを用いた。仕込んだ重量、タップを行わない状態での体積それぞれを求め、仕込み重量／体積を充填密度とした。
４）粉末Ｂの添加量。
粉末Ｂの重量部とは、無機粉末Ａの重量を１００としたときの粉末Ｂの重量のことである。さらに、粉末Ｂの体積部とは、粉末Ｂの重量部×（無機粉末Ａの密度／粉末Ｂの密度）から得られる。
【００２９】
実施例において使用した無機粉末Ａ、粉末Ｂは次に示すとおりである。
無機粉末Ａ
１）α−アルミナＡ（αアルＡと略すことがある）。
遷移アルミナを塩化水素ガス気流中にて焼成して得られた多面体のα−アルミナ粉末（住友化学工業株式会社製、粒子径：１６．１μｍ、密度：３．９９ｇ／ｃｍ³ ）。
２）α−アルミナＢ（αアルＢと略すことがある）。
遷移アルミナを塩化水素ガス気流中にて焼成して得られた多面体のα−アルミナ粉末（住友化学工業株式会社製、粒子径：４．７μｍ、密度：３．９９ｇ／ｃｍ³ ）。
３）α−アルミナＣ（αアルＣと略すことがある）。
溶融アルミナ（商品名：ＷＡ、不二見研磨材製、粒子径：１６．８μｍ、密度３．９９ｇ／ｃｍ³ ）。
【００３０】
４）イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧと略すことがある）。
遷移アルミナとイットリアの混合物を塩化水素ガス中にて焼成して得られた多面体ＹＡＧ粉末（住友化学工業株式会社製、粒子径：８．５μｍ、密度：４．５５ｇ／ｃｍ³ ）。
【００３１】
粉末Ｂ
１）α−アルミナＤ（αアルＤと略すことがある）。
α−アルミナ（商品名：ＡＫＰ−５０、住友化学工業株式会社製、粒子径：０．２３μｍ、密度：３．９９ｇ／ｃｍ³ ）。
２）α−アルミナＥ（αアルＥと略すことがある）。
遷移アルミナを塩化水素ガス気流中にて焼成し得られた多面体のα−アルミ製ナ粉末（住友化学工業株式会社製、粒子径：１．６３μｍ、密度：３．９９ｇ／ｃｍ³ ）。
３）遷移アルミナ（遷移アルと略すことがある）。
有機アルミニウムの加水分解により合成して得た水酸化アルミニウムを焼成した遷移アルミナ（商品名：ＡＫＰ−Ｇ１５、住友化学工業株式会社製、２次粒子径：０．１μｍ、密度：３．２ｇ／ｃｍ³ ）。
遷移アルミナのＢＥＴ比表面積より求めた一次粒子径は０．０１μｍであるが、実際に流動性に影響を与える粒子は、一次粒子の凝集した二次粒子であるため二次粒子径を示した。
【００３２】
実施例１〜５、参考例１〜２
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）５０ｇに、粉末Ｂ（遷移アルミナ）をそれぞれ０．１ｇ（実施例１）、０．２５ｇ（実施例２）、０．０２５ｇ（実施例３）、０．５ｇ（実施例４）、０．０１ｇ（実施例５）、１．５ｇ（参考例１）、２．５ｇ（参考例２）添加して、小型ミル（石崎電機製作所製、ＳＣＭ−４０Ａ）で３０秒間撹拌して無機粉末混合物を得た。撹拌後、安息角と充填密度を測定した。実施例１により得られた無機粉末混合物のＳＥＭ写真を図１に示す。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３３】
実施例８
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）を５０ｇ、粉末Ｂ（α−アルミナＤ）を０．５ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３４】
参考例３
無機粉末Ａ（α−アルミナＢ）を５０ｇ、粉末Ｂ（遷移アルミナ）を０．５ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３５】
参考例４
無機粉末Ａ（α−アルミナＣ）を５０ｇ、粉末Ｂ（遷移アルミナ）を０．１ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３６】
参考例５
無機粉末Ａ（α−アルミナＣ）を５０ｇ、粉末Ｂ（α−アルミナＤ）を０．２５ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３７】
実施例１２
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）５０ｇに、粉末Ｂ（遷移アルミナ）０．２５ｇを、ジェットミル（日本ニューマチック工業株式会社製、ＰＪＭ−１００ＳＰ）（Ｊミルと略すことがある）を用いて空気圧１ｋｇ／ｃｍ² 、処理量５．７ｋｇ／時間で混合して無機粉末混合物を得た。得られた無機粉末混合物の安息角と充填密度を測定した。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３８】
実施例１３
無機粉末Ａ（ＹＡＧ）を３６ｇ、粉末Ｂ（遷移アルミナ）を０．０７２ｇ用い、小型ミルで１分間撹拌して無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００３９】
比較例１
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）に粉末Ｂを添加せず、α−アルミナＡの安息角と充填密度を測定した。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００４０】
比較例２
無機粉末Ａ（α−アルミナＣ）に粉末Ｂを添加せず、α−アルミナＣの安息角と充填密度を測定した。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００４１】
比較例３
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）を５０ｇ、粉末Ｂ（遷移アルミナ）を０．００２５ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００４２】
比較例４
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）を５０ｇ、粉末Ｂ（遷移アルミナ）を１０ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００４３】
比較例５
無機粉末Ａ（α−アルミナＡ）を５０ｇ、粉末Ｂ（α−アルミナＥ）を０．５ｇとした以外は実施例１と同様にして無機粉末混合物を得た。実験条件および結果を表１、２に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【表２】

【００４６】
【発明の効果】
本発明の無機粉末混合物は、充填密度が高く、流動性が著しく改善されたもので、その安息角が５０゜以下であるという優れた特徴を有している。
本発明の無機粉末混合物は、単結晶用原料、溶射材用原料、焼結体用原料、多孔体用原料に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で観察されたα−アルミナ粉末と遷移アルミナ粉末との混合物の粒子構造を示す。図面に代わる写真。倍率１７００倍の走査型電子顕微鏡写真。
【図２】比較例１で観察されたα−アルミナ粉末の粒子構造を示す。図面に代わる写真。倍率１７００倍の走査型電子顕微鏡写真。
【図３】実施例１〜５、参考例１〜２および比較例３、４の結果をプロットしたもので、安息角（縦軸）と粉末Ｂの添加量（横軸）との関係を示す図。

Claims

数平均粒子径がＤ₁であり実質的に破面を有しない球状または多面体粒子からなる無機粉末Ａ（ただし、無機粉末Ａは酸化アルミニウムまたはイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）である。）と数平均粒子径がＤ₂である粉末Ｂ（ただし、粉末Ｂは酸化アルミニウムまたは遷移アルミナである。）との粉末混合物からなり、Ｄ₁が０．１μｍ以上３００μｍ以下、Ｄ₁／Ｄ₂比が５０以上、無機粉末Ａの１００体積部に対して粉末Ｂが０．０１から２体積部の範囲にあり、該粉末混合物の安息角が４０゜以下であることを特徴とする単結晶用原料用または溶射材用原料用の無機粉末混合物。
数平均粒子径がＤ₁である無機粉末Ａの表面に数平均粒子径がＤ₂である粉末Ｂが付着した粉末混合物からなることを特徴とする請求項１記載の無機粉末混合物。
無機粉末Ａと粉末Ｂが同一物質であることを特徴とする請求項１または２記載の無機粉末混合物。
Ｄ₁／Ｄ₂比が７０以上１６１以下である請求項１記載の無機粉末混合物。