JP4596111B2

JP4596111B2 - 球状酸化物粉末の製造方法および球状粉末製造装置

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Publication number: JP4596111B2
Application number: JP2001227077A
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Inventors: 声雷車; 智浩曽我部
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Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2010-12-08
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状酸化物粉末を製造する方法および装置に関するものでる。
【０００２】
【従来の技術】
微細な酸化物粉末は、原料を混合し、乾燥後仮焼きした後ボール・ミル等の粉砕装置によって粉砕し、さらにスプレー・ドライヤ等の乾燥装置によって乾燥後、気流粉砕装置等の粉砕機によって微粉砕して得ることができる。
これら酸化物粉末は、誘電体材料、磁性材料の場合、粉末単体として利用に供される場合もあるが、有機ビヒクルと混合したペースト、樹脂材料と複合化した複合材料として利用されることもある。ペースト、複合材料として用いられる酸化物粉末には、有機ビヒクル、樹脂材料（以下、樹脂材料と総称する）に対する分散性、充填性が要求される。樹脂材料に対する分散性、充填性を確保するための一つの要素として、粉末の粒径がある。例えば、酸化物粉末は上記方法のほかに例えば沈殿法のように液相から製造することもできるが、この粉末は粒径が微細すぎて樹脂材料に対する分散性、充填性を確保することができない。また、前述した方法により得られた酸化物粉末は、粉砕により得られるものであるため粒子の形態が不定形となり、樹脂材料に対する分散性、充填性を確保することができない。つまり、樹脂材料に対する分散性、充填性を確保するための他の要素として、粒子の形態がある。なお、本願明細書中において、粉末とは粒子の集合を意味しており、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」といい、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には粒子ということにする。しかし、その基本単位が共通であるから、その実態に差異がない場合があることは言うまでもない。したがって、「粉末」および「粒子」のいずれの表現を用いることができる場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂材料に対する分散性、充填性を確保するためには、粉末を構成する粒子が、球状、より望ましくは真球に近いことが望まれる。加えて、粒径が揃っている、つまり粒度分布の幅が小さいことが望ましい。
これまで球状の酸化物粉末を製造する技術が種々提案されている。例えば、特開２０００−１０７５８５号公報、特開平８−４８５６０号公報、特開平５−１０５５０２号公報である。
また、特開２０００−１０７５８５号公報は、酸化物粉末に適当なバインダを混練してスラリ状にし、これを高温加熱体に滴下する球状酸化物粉末の製造方法を開示している。
また、特開平８−４８５６０号公報は、攪拌造粒法によって得られた酸化物粉末を成形して酸化物微小成形球体を製造するにあたり、噴霧造粒法によって得られた酸化物粉末の顆粒を核として用いる酸化物微小成形球体の製造方法を開示している。
さらに、特開平５−１０５５０２号公報は、平均粒径７μｍ以下の酸化物球状粉末とバインダ樹脂とを含有する射出成形材料を開示している。
【０００４】
ところが、前述した特開２０００−１０７５８５号公報の製造方法は、得られた粉末は球状であるものの直径が０.３〜１.２ｍｍ（３００〜１２００μｍ）と大きく、樹脂材料との複合化には適さない。
特開平８−４８５６０号公報に開示された方法も、０.０２〜０.４ｍｍ（２０〜４００μｍ）と樹脂材料との複合化には適さないサイズの粉末を得ることを目的としている。
特開平５−１０５５０２号公報は、平均粒径７μｍ以下の酸化物球状粉末とバインダ樹脂とを含有する射出成形材料を開示しているが、酸化物球状粉末を得るための具体的な手法は開示していない。
【０００５】
以上の通りであり、従来は樹脂材料との複合化に適切な粒径および粒度分布をもつ球状酸化物粉末を得ることが困難であった。特に、複合酸化物のような多成分系の酸化物を得るための手法は見出されていない。
球状酸化物粉末を得る他の手法して、プラズマ・フレームを用いることが考えられる。しかし、プラズマ・フレームを用いる方法は、キャリア・ガスとして高価なアルゴン・ガスを大量に使用するのに加えて、数百ｋＷの電力を消費するので、コストが高いという問題がある。そのため、量産プロセスへの応用まではまだ距離がある。
そこで本発明は、樹脂材料との複合化に適する粒径を有し、しかも樹脂に対する分散性、充填性に優れた酸化物粉末を、コスト高を招くことなく製造することのできる方法を提供する。また本発明は、そのような球状酸化物粉末の製造方法に用いて好適な装置の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、燃焼炎を用いて原材料を溶融することにより球状の酸化物粉末を得ることを検討した。燃焼炎を用いた球状粉末の製造方法は、例えば、特表平１１−５１４９６３号公報、特開２００１−９７７１２号公報、同２００１−１９４２５号公報に開示されている。そして、これらの先行技術は、不規則形状の粉末、典型的には粉砕により得られた粉末を原料としている。
【０００７】
しかし、粉砕による不規則形状の粉末は、粒度分布の幅が広い。このように粒度分布の幅の広い粉末、つまり粒径の大きい粒子および小さい粒子が混在した粉末を燃焼炎中に供給する場合には、以下のような問題が生ずる。つまり、粒径の大きい粒子は、燃焼炎中に供給しても十分に溶融しきれないことに起因して、球状化されないことがある。粒径の大きな粒子を溶融するためには、燃焼炎の温度を高くする、あるいは燃焼炎中における滞留時間を長くすればよいことは容易に予測される。しかしこの場合、粒径の小さな粒子が蒸発してしまうという不都合が生ずる。
【０００８】
本発明では、燃焼炎フレームに供給する粉末の形態として顆粒粉末を推奨する。つまり、沈殿法等の液相法で得られた微細な粉末をスプレー・ドライヤに代表される噴霧造粒法に供して得られる粉末は顆粒状をなし、この顆粒粉末は、粒度分布幅を狭く制御することができる。しかも、噴霧造粒法の条件を適宜設定することにより、顆粒粉末の粒径をほぼ任意に制御することができる。したがって、こうして得られた顆粒粉末を燃焼炎フレームに供給すれば、最終的に得られる粉末の粒度分布をより小さくすることができるのである。
【０００９】
本発明は以上の知見に基づくものであり、酸化物組成物からなる顆粒粉末を燃焼炎フレーム内にキャリア・ガスとともに供給する供給工程と、供給された顆粒粉末を前記燃焼炎フレーム内で溶融することにより溶融処理物を得る溶融工程と、溶融処理物が燃焼炎フレーム外へ移動するとともに、複数の加熱手段により、溶融処理物がその進行方向に向かって徐々に温度が低下して凝固させる凝固工程と、を備えることを特徴とする球状酸化物粉末の製造方法である。
【００１０】
本発明において、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）粉末を最終的に得ようとする場合、顆粒粉末は、ＢａＴｉＯ₃粒子のみから構成される場合の他、ＴｉＯ₂粒子およびＢａＣＯ₃粒子の混合物から構成することができる。つまり、本発明における顆粒粉末は、凝固工程を経た後の球状酸化物粉末と一致する化合物から構成される場合と、複数種類の粒子から構成される場合がある。複数種類の粒子から構成される場合、複数種類の化合物粒子からなる場合のほかに、化合物粒子と元素単体の粒子からなる場合もある。顆粒粉末は、乾燥された状態およびスラリとの混合物としての状態の２つの形態を包含する。
本発明の具体的な対象として、複合酸化物からなる誘電体材料がある。また、本発明において得られる球状酸化物粉末は、平均粒径が１〜１０μｍ、球状度が０.９以上であることが望ましい。
【００１１】
本発明において、前述のように、複数の異なる粒子からなる顆粒粉末を燃焼炎フレーム中に供給することができる。このとき、顆粒粉末は燃焼炎フレーム内で溶融するとともに、異なる粒子、典型的には化合物粒子同士が反応して、最終的に得たい酸化物粉末を形成することができる。このプロセスは、球状化を同時に達成することのできる効率的なプロセスである。
【００１２】
本発明は以上の球状酸化物粉末の製造方法に好適な以下の製造装置を提供する。すなわち本発明による球状物粉末の製造装置は、燃焼炎フレームを発生させるバーナと、燃焼炎フレームに対して被処理物を供給するための被処理物供給手段と、燃焼炎フレームによって加熱処理された被処理物が浮遊状態で通過する被処理物通過領域を備えたチャンバと、被処理物通過領域において被処理物を進行方向に向かって徐々に温度を低下させるように加熱する複数の加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の製造装置は、燃焼炎フレーム中に所定時間滞留した被処理物の急激な温度の低下を阻止するための加熱手段を設けた点に特徴がある。急激な温度の低下は、以下の問題点を惹起する。本発明の加熱手段は、この問題点を解消するために設ける。
（１）結晶が大きく成長できないため、単結晶粒子が形成するのが難しい。
（２）形成された粒子の一部に高温相が残る。
（３）急冷により凝固時のテクスチャが粒子の構造に残る。
（４）コアシェル構造等の複合構造を有するコンポジット粒子の製造では、急冷によって粒子内の相の分離や組成偏析の解消が十分に進行できず、目的とする構造を得ることが難しい。
【００１４】
本発明による製造装置は、複数の加熱手段を備える。複数の加熱手段は、被処理物の通過方向へ向かうにしたがって、低い温度となるように互いに異なる温度に設定されると、被処理物通過領域において被処理物を徐々に冷却することが可能となる。
また、この加熱手段は、被処理物通過領域における気体の流れを制御する気流制御手段を有することが望ましい。
さらに、加熱手段は、被処理物通過領域における気体の流れを制御する気流制御手段を有すると、被処理物の被処理物通過領域における動きを制御することができる。気流制御手段としては、例えば任意の方向へガスを供給することができるガス供給口を備えるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態に基づいて説明する。
本発明は酸化物を対象とする。本発明において酸化物は、複合酸化物を含む概念である。本発明は適用される酸化物を限定するものではなく、公知の誘電体材料、磁性材料その他の材料に広く適用することができる。
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、チタン酸ストロンチウム系、二酸化チタン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、Ｆｅ₂Ｏ₃やＦｅ₃Ｏ₄等の酸化鉄についても適用可能である。
【００１６】
本発明は、原料粉末として顆粒粉末を用いる点に特徴がある。これは、先にも説明したように、顆粒粉末を得る段階で粒度分布の幅を狭く制御できるからである。しかも、その粒径をも制御することができる。
顆粒粉末を得る典型的な手法として、スプレー・ノズルを用いた噴霧造粒法がある。噴霧造粒法においては、出発原料粉末をスプレー・ノズルから噴霧するためのスラリを作成する。スラリは、出発原料粉末を溶媒に適量添加した後に、ボール・ミルまたはアトイタ等の混合機を用いて混合することにより得ることができる。溶媒として水を用いることができるが、出発原料粉末の分散性を向上するために分散剤を添加することが推奨される。出発原料粉末同士を機械的に結合するための結合剤、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を添加することもできる。
【００１７】
原料粉体を含むスラリをスプレー・ノズルまたは回転ディスク等により噴霧して液滴を形成する。ここで、スプレー・ノズルは、上記のスラリと圧縮気体とを噴霧するためのものであり、２流体ノズル、あるいは４流体ノズルを用いることができる。圧縮気体とともにスプレー・ノズルから吐出されたスラリは微粒化されて噴霧を形成する。噴霧中の液滴の粒径は、スラリと圧縮気体との比率により制御することができる。液滴の粒径を制御することにより、最終的に得られる顆粒粉末の粒径を制御することができる。噴霧状態のスラリが自由落下する過程で水分を乾燥するための熱を与えることにより、液体成分を乾燥、除去した粉末を得ることができる。この熱は、スプレー・ノズルから吐出する気体を加熱気体とする、あるいは噴霧雰囲気に加熱気体を供給することにより与えることができる。乾燥のためには、１００℃以上の加熱気体を用いればよい。スプレー・ノズルによる噴霧および乾燥の工程は、所定のチャンバ内で行われる。スプレー・ノズルを用いた噴霧造粒法により得られる粉体は、通常、顆粒粉末である。この顆粒粉末の粒径は、前述のように、スラリと圧縮気体との比率によって制御することができる。スラリ同士を衝突させることにより小さな液滴を作成することもできる。
【００１８】
以上のようにして得られた顆粒粉末を燃焼炎フレーム中に供給する。
供給された顆粒粉末は、燃焼炎フレーム中に所定時間だけ滞留する。滞留中に顆粒粉末は、熱処理される。具体的には、顆粒粉末が溶融し、球状粒子を構成する。顆粒粉末が２種類以上の粒子から構成される場合には、溶融時に反応することにより最終的に得たい酸化物を構成する。燃焼炎フレーム中に供給される顆粒粉末は、乾式状態で供給することもできるが、当該顆粒粉末を含むスラリとして湿式状態で供給することもできる。
燃焼炎フレーム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。本発明では、酸化物を処理するため、燃焼炎酸化度を制御する必要があり、燃焼ガスに対して適当な量の酸素を供給することが望まれる。ＬＰＧを燃焼ガスとして用いる場合にはＬＰＧ供給量の５倍の酸素を、アセチレンを燃焼ガスとして用いる場合にはアセチレン供給量の２.５倍の酸素を、また水素を燃焼ガスとして用いる場合には水素供給量の０.５倍の酸素を供給すると等量となる。この値を基準として酸素供給量を適宜設定することにより、燃焼炎の酸化度を制御することができる。これら燃焼ガスの流量は、バーナのサイズに応じて適宜定めればよい。
【００１９】
燃焼炎フレームの温度は、燃焼ガスの種類、量、酸素との比率、顆粒粉末の供給量などによって変動する。ＬＰＧを用いる場合には約２１００℃まで、アセチレンを用いる場合には約２６００℃までの温度を得ることができる。
燃焼炎フレームに対する顆粒粉末の供給の手法は、顆粒粉末がフレーム内に入る限り制限はない。しかし、バーナから炎の軸に沿って供給することが望ましい。フレーム内を顆粒粉末が通過する時間をより長くするためである。したがって、フレーム下部に達する前に顆粒粉末がフレームの外に漏洩しないように制御することが望ましい。
顆粒粉末の供給は、酸素等のキャリア・ガスを用いて行われる。本発明は、流動性の良好な顆粒粉末を用いているので、キャリア・ガスによる搬送性が優れる。ちなみに、粉砕粉をキャリア・ガスにて搬送しようとすると、粉砕粉が不規則形状をなし、かつ粒度分布も大きいので、流動性が劣り、搬送性が悪い。
また、当然のことではあるが、供給する顆粒粉を増加するためには、キャリア・ガス量を増加する必要があり、キャリア・ガスに酸素を用いる場合は、支燃ガスである酸素の量を減少させ、キャリア・ガスと支燃ガスとの混合比率を調整する必要がある。
【００２０】
図１は、本発明の球状酸化物粉末の製造方法に好適な製造装置の一例を示す断面図である。製造装置１０は、バーナ１１、チャンバ２５、処理粉末回収手段４０、ガス排出手段５０とを有する。
バーナ１１は、水冷される三重管構造をなし、各々の領域に、顆粒粉末供給管１２、燃焼ガス供給管１３および酸素供給管１４が接続されている。
【００２１】
チャンバ２５は、例えば耐熱性の高いアルミナ等で形成され、円筒部２６の上部にバーナ１１を保持する水冷ジャケット２１が配置されている。この水冷ジャケット２１は、発生する燃焼炎フレーム１５の調節と燃焼炎フレーム１５の熱により製造装置１０が損傷することを防ぐものである。円筒部２６の外周には、円筒部２６内に加熱領域を形成するため、上から順に第１の加熱部２７ａ（加熱手段）、第２の加熱部２７ｂ（加熱手段）、第３の加熱部２７ｃ（加熱手段）が設けられている。なお、加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃにおける加熱としては、電気による加熱、ガスの燃焼熱による加熱および高周波加熱等の公知の手段が採用され、この中でも炉内の雰囲気の制御が容易であるため電気による加熱が好ましい。
【００２２】
さらに、円筒部２６の内壁には、ガス供給管２８に接続されたガス供給路２９が設けられている。ガス供給路２９は、円筒部２６の内部に向かってガスを供給するガス供給口３０ａ、３０ｂ、３０ｃを備えている。円筒部２６の下部は開口しており、処理粉末を回収する処理粉末回収手段４０としての回収容器４１が接続されている。
ガス排出手段５０として、回収容器４１の側面には、円筒部２６から流れてくるガスを安全なものとして排出するため、サイクロン５１、フィルタ器５２、エアポンプ５３、浄化槽５４、排出管５５が接続されている。
【００２３】
製造装置１０を用いた球状粉末の具体的な製造方法としては、まずバーナ１１の燃焼ガス供給管１３からＬＰＧ等の燃焼ガスおよび酸素供給管１４から酸素をバーナ１１に供給しながら、着火する。すると、燃焼炎フレーム１５が下方に向けて発生する。
次に、顆粒粉末供給管１２からキャリア・ガスとともに顆粒粉末２０ａ（図示せず）を供給する。顆粒粉末２０ａは、バーナ１１にて形成された燃焼炎フレーム１５に向かって供給される。
【００２４】
燃焼炎フレーム１５はその炎の場所、例えば中心部と外周部において温度が異なる。したがって、顆粒粉末２０ａの種類と処理の種類によって、燃焼炎フレーム１５の大きさ等の調節が行われると共に、顆粒粉末２０ａの供給先の位置も適宜調節される。なお、顆粒粉末２０ａを燃焼炎フレーム１５の熱により溶融させて球状の処理粉末を得る場合には、燃焼炎フレーム１５の温度を、顆粒粉末２０ａの融点以上の温度となるように設定する。
このようにして燃焼炎フレーム１５に所定時間滞留した顆粒粉末２０ａは、燃焼炎フレーム１５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２５内に落下する。燃焼炎フレーム１５を通過した顆粒粉末２０ａは、処理粉末２０ｂとなる。
【００２５】
チャンバ２５の外周には、バーナ１１から回収容器４１へ向かって、すなわち処理される粉末の進行方向へ向かって、上から順に第１の加熱部２７ａ、第２の加熱部２７ｂ、第３の加熱部２７ｃが設けられ、チャンバ２５内に加熱領域が形成されている。
加熱領域では、第１の加熱部２７ａは、燃焼炎フレーム１５において顆粒粉末２０ａが接触する箇所の温度より低い温度に設定されている。さらに、第２の加熱部２７ｂは第１の加熱部２７ａより低い温度に、第３の加熱部２７ｃは第２の加熱部２７ｂより低い温度にそれぞれ設定されている。したがって、円筒部２６内の温度は、第１の加熱部２７ａから第３の加熱部２７ｃまで徐々に低下するようになっている。
【００２６】
燃焼炎フレーム１５を通過した処理粉末２０ｂがチャンバ２５の円筒部２６内へ浮遊した状態で落下すると、処理粉末２０ｂが第１〜第３の加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを通過するにしたがって、それぞれの加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃに応じた温度に順次さらされる。したがって、燃焼炎フレーム１５に所定時間滞留して高温・溶融状態となった顆粒粉末２０ａは、その温度が急激に下がることなく、徐々に冷却される。
【００２７】
図２は本実施の形態の製造装置１０を用いた場合における粉末の温度変化の一例を示すグラフであり、図３は製造装置１０のような加熱領域を設けない製造装置を用いた場合における粉末の温度変化の一例を示すグラフである。図２では、燃焼炎フレーム１５により高温に加熱された処理粉末２０ｂは、第１の加熱部２７ａにおいて温度Ｔ１、第２の加熱部２７ｂにおいて温度Ｔ２、第３の加熱部２７ｃにおいて温度Ｔ３と徐々にその温度が低下している。例えば、チタン酸バリウム粉末を処理する場合には、このような第１の加熱部２７ａ、第２の加熱部２７ｂおよび第３の加熱部２７ｃを設けることにより、加熱領域の温度を１２００℃以上１８００℃以下、好ましくは１３００℃以上１６００℃以下に保つことができ、燃焼炎フレーム１５の温度との急激な温度低下を避けることができる。それに対して、加熱領域を設けないで処理を行うと、図３に示すように粉末が燃焼炎フレーム１５から漏洩した瞬間に１０００℃以上の急激な温度の低下（温度差Ｔ０）を生じている。
このように、バーナ１１に連続するようにして、処理粉末２０ｂの進行方向に向かって徐々に温度が低下するような通過領域を設けることにより、処理粉末２０ｂを加熱しないでそのまま冷却させる場合に生じる、処理粉末２０ｂの急激な温度変化を防止できる。
【００２８】
なお、それぞれの加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃにおける加熱温度の設定は、粉末の種類や、処理の目的によっても異なるが、第１の加熱部２７ａの設定温度は、顆粒粉末２０ａの融点近傍であることが好ましい。また、第１の加熱部２７ａと第２の加熱部２７ｂとの設定温度差、並びに第２の加熱部２７ｂと第３の加熱部２７ｃとの設定温度差は、それぞれ１００〜３００℃程度であることが好ましい。なお、加熱領域における最後の加熱部である第３の加熱部２７ｃにおいては、処理粉末２０ｂが変質しない温度に設定することが好ましい。また、顆粒粉末２０ａを燃焼炎フレーム１５により溶融することを目的とする場合、第１の加熱部２７ａでは、顆粒粉末２０ａの融点付近の温度に設定することが好ましい。
【００２９】
また、本実施の形態では、粉末の急激な温度低下を防止するために、粉末を加熱領域に長く滞留させる手段を有することが好ましい。具体的手段として、製造装置１０には加熱領域にガスを供給する手段が設けられている。ガス供給管２８から供給されるガスが
、ガス供給路２９を通り、それぞれのガス供給口３０ａ、３０ｂ、３０ｃから円筒部２６内に噴出している。このように、ガスを噴出することにより、処理粉末２０ｂが直線的に回収容器４１へと落下することを防止でき、処理粉末２０ｂが急速に冷却されることを防止できる。
ここで、例えば図１に示すようにガスの噴出方向をややバーナ１１側に向かって行うことにより、燃焼炎フレーム１５により生じた気流の流れと、ガス供給口３０ａ、３０ｂ、３０ｃからのガスの流れとから、処理粉末２０ｂの落下方向と交差する方向に円筒部２６内を旋回する旋回気流ｗを形成することができる。処理粉末２０ｂは、旋回気流ｗにのって円筒部２６内を旋回しながら回収容器４１側へと落下するので、落下するまでに時間がかかり、すなわち、処理粉末２０ｂが加熱領域に滞留する時間が増える。その結果、処理粉末２０ｂが加熱領域においてそれぞれの加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃの温度にまで確実に冷却されながら落下し、急冷されることをより確実に防止できる。
このように円筒部２６内にガスを供給することにより加熱領域に処理粉末２０ｂを滞留させる時間は、その温度や粉末の種類によっても異なるが、好ましくは３〜２０ｓｅｃ、さらに好ましくは５〜１５ｓｅｃ程度である。なお、ここで使用されるガスは被処理物との反応の有無等を考慮して適宜選択することができるが、例えばＮ₂、Ｏ₂、Ａｒおよび空気等である。
【００３０】
以上のようにして、燃焼炎フレーム１５に所定時間滞留することにより高温に加熱された処理粉末２０ｂは、燃焼炎フレーム１５を通過した瞬間に急速に冷却されることなく、加熱領域を通過することで徐々に冷却される。このようにして円筒部２６内を落下して冷却された処理粉末２０ｂは、回収容器４１内に収容される。
回収容器４１で回収された処理粉末２０ｃは、処理粉末２０ｃとして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粉末を得ることができる。
具体的には、本実施の形態では、燃焼炎フレーム１５を通過した粉末を、加熱領域を通過させることにより徐々に冷却し、急冷することを防止できるので、後処理（アニ−リング処理等）をしなくても、容易に単結晶構造の粒子を得ることができる。
また本実施の形態で得られる粉末の平均粒径は、０．１〜５０μｍ程度であり、特に１〜１０μｍ程度の粒子を得ることが可能である。
【００３１】
さらに本実施の形態では、粒子の球状度が０．９〜１である粉末を得ることができ、さらに球状度が０．９５〜１である粉末を得ることができる。球状度が０．９以上であると、処理粉末２０ｃが他の材料に対して均一に分散しやすくなる。ここで「球状」とは、表面が平滑な完全な球状のほか、極めて真球に近い多面体を含む。具体的には、Wulffモデルで表されるような安定な結晶面で囲まれた等方的な対称性を有し、かつ球状度が１に近い多面体粒子も含まれる。また、微小な凹凸が表面に形成されている粒子、あるいは楕円状の断面を有する粒子であっても、球状度が０．９〜１の範囲にあれば、本発明で言う球状に該当する。ここで「球状度」とは、Wadellの実用球状度、すなわち粒子の投射面積に等しい円の直径と粒子の投射像に外接する最小円の直径の比である。
【００３２】
その他、本実施の形態においては、原料粉末を適宜選択することで、コアシェル構造等の複合粒子構造を有する粒子等の処理粉末を簡単に得ることができる。本実施の形態では、処理粉末は徐冷されるので粒子内の相の分離が可能である。複合粒子構造を有する粒子としては、例えば、シリカ粒子を分散させた硝酸銀縣濁液を処理することにより作成した、コアシェル構造の粒子を挙げることができる。
また、処理粉末２０ｃ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】
なお、以上述べた図１に示す製造装置１０では、加熱領域が第１〜第３の加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃによって構成されているが、加熱領域は第１の加熱部２７ａおよび第２の加熱部２７ｂのみで構成してもよく、その他、さらに多い加熱部によって構成されるものであってもよい。設ける加熱部の数は、処理する粉末の種類と、目的とする処理の種類によって適宜調節される。また加熱領域として、処理粉末２０ｂの落下方向、すなわちバーナ１１側から処理粉末回収手段４０に向かって温度が下がる温度勾配を付与できる手段であれば、図１に示すような加熱部２７ａ、２７ｂ、２７ｃに限定されず、例えば加熱ガスを円筒部２６内に吹き込む手段等、他の手段を用いることができる。
【００３４】
【実施例】
以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
沈殿法により得た平均粒径０.８μｍのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）粒子に噴霧造粒法を適用して平均粒径が６.９μｍの顆粒粉末を得た。この顆粒粉末の球状度は０.９３、タップ密度は２.３ｇ／ｃｍ³であった。また、顆粒粉末の粒度分布を測定したところ、１０％径が１.４８μｍ、９０％径が１２.３μｍであった。
なお、１０％径とは、測定された粉末の全体積を１００％として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが１０％となる点の粒径をいう。同様に９０％径とは、前記累積カーブが９０％となる点の粒径をいう。したがって、１０％径と９０％径の差が小さいほど粒度分布幅が狭く、前記差が大きいほど粒度分布幅が広いことを意味する。
【００３５】
図１の装置を用いて燃焼ガス供給管１３からＬＰＧを、酸素供給管１４から酸素を供給しつつ燃焼炎フレーム１５を発生させ、この燃焼炎フレーム１５内に、酸素をキャリア・ガスとして前述の顆粒粉末を供給した。なお、燃焼炎フレーム１５発生のための酸素流量は１０.０ｌ／ｍｉｎ、ＬＰＧ流量は２.０ｌ／ｍｉｎである。また、キャリア・ガスとしての酸素流量は１.０ｌ／ｍｉｎである。
得られた粉末の平均粒径は６.６μｍ、１０％径が１.３６μｍ、９０％径が１０.２μｍであり、タップ密度は２.９ｇ／ｃｍ³であった。また、粉末を構成する粒子の球状度は０.９８に達していた。
【００３６】
（実施例２）
ともに沈殿法により得た平均粒径０.１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末と平均粒径０.１５μｍの炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）粉末をモル比１.０：１.０で混合し、固形分５０ｗｔ％のスラリを作成した。このスラリを噴霧造粒し、平均粒径１１.５μｍの顆粒粉末を作成した。この顆粒粉末は、２種類の化合物粒子が接触状態で集合した粉体である。またこの顆粒粉末の球状度は０.９２、タップ密度は２.０ｇ／ｃｍ³であった。また、その粒度分布を測定したところ、１０％径が１.３μｍ、９０％径が１９.６μｍであった。
【００３７】
実施例１と同様に、図１の装置にて燃焼炎フレーム１５を発生させ、この燃焼炎フレーム１５内に、酸素をキャリア・ガスとして前述の顆粒粉末を供給した。なお、燃焼炎フレーム１５発生のための酸素流量は１２.０ｌ／ｍｉｎ、ＬＰＧ流量は２.３ｌ／ｍｉｎである。また、キャリア・ガスとしての酸素流量は１.０ｌ／ｍｉｎである。
得られた粉末の平均粒径は８.６μｍであり、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察により、大半の粒子が平滑な表面を持ち、全体的な球状度は０.９５に達した。また、粒度分布を測定したところ、１０％径が１.１μｍ、９０％径が１１.３μｍであり、タップ密度は２.８ｇ／ｃｍ³であった。また、Ｘ線回折により得られた球状粉末の構成相を観察したところ、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）が主相をなしていることが確認された。
【００３８】
（比較例１）
ともに沈殿法により得た平均粒径０.１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末と平均粒径０.１５μｍの炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）粉末をモル比１.０：１.０で混合した後、１２５０℃で４時間仮焼した。得られた仮焼粉体を粉砕することにより、平均粒径７.２μｍのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）粉末を得た。
この粉末をＳＥＭ観察したところ、不規則形状の粒子から構成されていることが確認された。また、この粉砕粉末の粒度分布を測定したところ、１０％径が０.８８μｍ、９０％径が２２.４μｍであった。
【００３９】
実施例１と同様に、図１の装置にて燃焼炎フレーム１５を発生させ、この燃焼炎フレーム１５内に、酸素をキャリア・ガスとして前述の顆粒粉末を供給した。なお、燃焼炎フレーム１５発生のための酸素流量は１０.０ｌ／ｍｉｎ、ＬＰＧ流量は２.０ｌ／ｍｉｎである。また、キャリア・ガスとしての酸素流量は１.０ｌ／ｍｉｎである。
得られた粉末の平均粒径は６.９μｍであり、粒度分布を測定したところ、１０％径が０.８１μｍ、９０％径が１８.４μｍであった。ＳＥＭ観察により、多くの粒子が平滑な表面を持っていることが確認された。しかし、全体の約３０％を占める粒径が１０μｍ以上の粒子では、角張った部分が残存している等、球状になりきれていないことも確認された。得られた粉末の球状度は０.８７、タップ密度は２.３ｇ／ｃｍ³であった。
【００４０】
（比較例２）
平均粒径０.１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末と平均粒径０.１５μｍの炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）粉末をモル比１.０：１.０で混合した。この混合粉末を、実施例１と同様に、図１の装置にて燃焼炎フレーム１５を発生させ、この燃焼炎フレーム１５内に、酸素をキャリア・ガスとして前述の顆粒粉末を供給した。なお、燃焼炎フレーム１５発生のための酸素流量は１２.０ｌ／ｍｉｎ、ＬＰＧ流量は２.３ｌ／ｍｉｎである。また、キャリア・ガスとしての酸素流量は１.０ｌ／ｍｉｎである。
【００４１】
得られた粉末の平均粒径は０.９μｍであった。ＳＥＭ観察の結果、平滑な表面を持ち、球状度は０.９１に達していた。しかし、得られた球状粉末の構成相をＸ線回折によって観察したところ、ＴｉＯ₂、ＢａＯ、ＢａＴｉＯ₃、Ｂａ₂ＴｉＯ₄、ＢａＣＯ₃等、多数の物質の混合物からなることが確認された。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、顆粒粉末を原料としているので、粒度分布幅の狭い球状酸化物粉末を得ることができる。しかも本発明によれば、燃焼炎フレームを用いて球状酸化物粉末を得るので、プラズマ・フレームを用いて球状酸化物粉末を得る場合に比べてコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による球状粉末の製造装置の一例を示す断面図。
【図２】本実施の形態による製造装置を用いて粉末を処理した場合における粉末の温度変化の一例を示すグラフ。
【図３】本実施の形態による製造装置のような加熱領域を設けない製造装置を用いて粉末を処理した場合における粉末の温度変化の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…製造装置、１１…バーナ、１２…顆粒粉末供給管、１３…燃焼ガス供給管、１４…酸素供給管、１５…燃焼炎フレーム、２１…水冷ジャケット、２５…チャンバ、２６…円筒部、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…加熱部、２８…ガス供給管、２９…ガス供給路、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…ガス供給口、４０…処理粉末回収手段、４１…回収容器、５１…サイクロン、５２…フィルタ器、５３…エアポンプ、５４…浄化槽、５５…排出管

Claims

酸化物組成物からなる顆粒粉末を燃焼炎フレーム内にキャリア・ガスとともに供給する供給工程と、
供給された前記顆粒粉末を前記燃焼炎フレーム内で溶融することにより溶融処理物を得る溶融工程と、
前記溶融処理物が前記燃焼炎フレーム外へ移動するとともに、複数の加熱手段により、前記溶融処理物がその進行方向に向かって徐々に温度が低下して凝固される凝固工程と、
を備えることを特徴とする球状酸化物粉末の製造方法。
前記顆粒粉末は、前記凝固工程を経た後の前記球状酸化物粉末と一致する酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の球状酸化物粉末の製造方法。
前記顆粒粉末は、複数種類の化合物粒子から構成されることを特徴とする請求項１に記載の球状酸化物粉末の製造方法。
前記凝固工程を経て得られる前記球状酸化物粉末は、複合酸化物からなる誘電体材料から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の球状酸化物粉末の製造方法。
前記凝固工程を経て得られる前記球状酸化物粉末は、平均粒径が１〜１０μｍ、球状度が０.９以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の球状酸化物粉末の製造方法。
燃焼炎フレームを発生させるバーナと、
前記燃焼炎フレームに対して被処理物を供給するための被処理物供給手段と、
前記燃焼炎フレームによって加熱処理された前記被処理物が浮遊状態で通過する被処理物通過領域を備えたチャンバと、
前記被処理物通過領域において被処理物を進行方向に向かって徐々に温度を低下させるように加熱する複数の加熱手段と、
を備えたことを特徴とする球状粉末製造装置。
前記加熱手段の少なくとも１つが、前記被処理物通過領域における気体の流れを制御する気流制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の球状粉末製造装置。
前記気流制御手段は、任意の方向へガスを供給することができるガス供給口を備えることを特徴とする請求項７に記載の球状粉末製造装置。