JPH06299210A

JPH06299210A - 金属又は非金属材料の高純度微細化粉末粒子を製造する方法及び金属又は非金属材料よりなる回転溶解用電極棒

Info

Publication number: JPH06299210A
Application number: JP10991793A
Authority: JP
Inventors: Sakae Ito; 栄伊藤; Akiyoshi Yamada; 昭義山田; Noboru Fukumoto; 昇福本; Toshimitsu Nitoda; 敏光仁戸田; Masao Shimada; 雅生嶋田; Isakazu Matsukura; 功和枩倉; Susumu Nakayasu; 進中安
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】回転電極法を利用して金属又は非金属材料の
高純度微細粉末粒子を円滑作業下において高収率で製造
する方法及びこの製造に適した回転溶解用電極棒を提供
する。【構成】金属又は非金属材料によりなる回転溶解用電
極棒１の外周面に全体にわたって棒軸と平行な方向に伸
びる突起部１ａ及び溝部１ｂを交互に連続して形成し、
溶解時に電極棒表層部に溜まる溶融材料の表面張力が大
きく減少するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属又は非金属材料の
高純度微細化粉末粒子の製造方法に関し、詳細には、高
収率性，粉径の均一性等が要求される超電導の線材や航
空機部品等の製造用原料として特に適した前記高純度微
細化粉末粒子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導線材や航空機部品等の製造に用い
られる金属又は非金属材料原料としての粉末は、できる
かぎり高純度で密度が高く比表面積の少ないもの、即ち
微細化されたものが必要とされる。この要求を満足しう
る原料用粉末を製造する方法として有力視されているも
のに、いわゆる回転電極法がある。

【０００３】この方法では、不活性ガスの奮囲気下で、
粉末にしようとする材料の丸棒状体の一端を電極（陽
極）に接続する一方、他端を静止しているタングステン
電極（陰極）に対向して配置し、この両者間にアーク放
電を発生させながら、その陽極に接続された材料棒（以
下、「電極棒」という。）を高速で回転する。この結
果、その電極棒のタングステン電極に近い位置の表層部
分は溶解し、溶解した部分の材料は、遠心力の作用を受
けて溶滴となって遠心状に飛び散り、その飛行中に凝固
し、ほぼ球形の高純度粉末が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この方法で
得られる粉末の粒子径は、一般に次の関係式により一義
的に規制されることが確かめられている。平均粒子径ｄ＝Ｋ／（Ｓ・Ｄ１／２）但し、Ｋ：溶解すべき材料により決まる補正係数Ｓ：電極棒の回転数Ｄ：電極棒の直径このため、粒子のより細かい粉末、即ち微細化粉末を得
ようとすれば、電極棒の回転数を上げ、また電極棒の直
径を大きくする必要がある。しかし、これを実行しよう
とすると、実際には回転電極装置の異常振動や騒音が発
生し、操作上の危険が伴うため装置の運転が大きく制限
され、微細化粉末粒子を製造することは極めて困難な状
況にあった。特に、アルミニウム等の軽金属材料の場合
に困難であった。

【０００５】また、電極棒の回転数がそれほど高くない
状態での運転では、得られる粉末の粒度分布に大、小２
つのピークが生じ、収率もあまり良くなかった。さらに
は、電極棒の材料の違いによって得ようとする粉末の粒
度分布も大きく異なるという事情があり、そのため電極
棒を異なる材質のものに変える場合は、粒度分布の最適
ピーク値を決定するのにかなりの時間を要し、作業効率
が悪いという問題もあった。

【０００６】そこで、本発明者は、上記の諸問題を一挙
に解決するという目的を掲げ、アーク放電により溶解
し、電極棒の表層部に溜っている液状の材料が電極棒の
回転により飛び散るときの物理化学的なメカニズムに注
目して研究を重ね、本発明を完成した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の製造方法は、金属又は非金属材料よりなる電極棒
であって、該電極棒の外周面全体にわたって軸棒と平行
な方向に伸びる突起部及び溝部を交互に連続して形成し
たものを、不活性ガス奮囲気下でタングステン電極に対
向して配置し、両電極間にアーク放電を発生させた状態
で前記金属又は非金属材料よりなる電極棒を回転させる
ことにより、該材料電極棒の一端を溶解・飛散させるこ
とを要旨とするものである。

【０００８】一方、本発明の回転溶解用電極棒は、不活
性ガス充填容器内に貫設されたタングステン電極に対し
アーク発生可能な位置まで該容器の反対側から該容器内
に回転可能に貫設された金属又は非金属材料よりなる溶
解用電極棒であって、該電極棒の外周面には全体にわた
って棒軸と平行な方向に伸びる突起部及び溝部が交互に
連続して形成されていることを要旨とするものである。

【０００９】

【作用】本発明では、電極棒の外周面に全体にわたって
棒軸と平行な方向に伸びる突起部及び溝部を交互に連続
して形成したので、アーク放電により溶解し、電極棒表
層部に溜っている液状材料の表面張力を、従来法におけ
る丸棒状の電極棒についての同様の状況下での表面張力
に比べ、著しく現象させることができる。

【００１０】このことは、装置の運転に際し、電極棒の
回転数を従来と同一に設定しながら回転により生じる遠
心力を電極棒表層部に形成された溶融材料層に対して等
しく作用させた場合に、本発明では、その溶融材料層が
有する表面張力（飛び出しを抑える力）に対し、遠心力
（飛び出させようとする力）が従来よりも相対的に大き
く作用することを意味する。

【００１１】この結果、電極棒表層部の溶融材料は、十
分溜まるまでには至らず、比較的薄い膜状の段階で遠心
力に負けて飛び散っているので、従来法に比べ粒子径の
はるかに小さい粉末、即ち微細化粉末粒子を得ることが
できる。さらに、こうして得られる微細化粉末粒子の粒
度分布をみると、ピークはほぼ１つだけであるため、微
細化粉末粒子の収率が向上する。

【００１２】また、上記の事実は見方を変えれば、従来
法で得られる粉末と同一粒子径のものを本発明方法で得
ようとすれば、電極棒の回転数を低く設定することがで
きる。即ち、従来法で粉末を微細化しようとすれば、装
置の運転に危険性が生じるような状態になるまで電極棒
の回転数を上げなければならなかったが、本発明法によ
れば、電極棒の回転数を下げても同様の微細化粉末を得
ることができるので、装置の安全運転を十分維持でき
る。

【００１３】さらに、電極棒の外周面全体にいわば歯車
における歯面のような凹凸溝を形成しており、この加工
因子が加わったために電極棒の材質を変えても、得よう
とする粉末の粒度分布のピークが常に近い位置に現れる
ようになった。この結果、粒径の設定制御を最適且つ単
時間に行える様になり、作業効率が向上する。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の実施に使用した電極棒の正
面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面の一部拡大図
である。電極棒１の外周面には、棒軸と平行な方向に伸
びる断面三角形状の突起部１ａと溝部１ｂを、その外周
面全体にわたって交互に連続して形成している。

【００１５】突起部１ａと溝部１ｂのピッチは、粉末粒
子の微細化を考慮して０．２ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲
とする。但し、好ましい範囲は、１ｍｍ〜２ｍｍであ
る。１ｍｍ未満では未加工品に近似することになるから
であり、２ｍｍを超えると粉末粒子径が大きくなるから
である。また、溝部１ｂの深さは、突起部のみから溶解
物が出ていくことを考慮して０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの
範囲とする。また、突起部１ａの先端角度としては、粉
末分布の範囲を考慮して１０°〜１２０°とするが、角
度が小さい程、得られる粉末の粒度分布のピーク値
（巾）が狭く（小さく）なる傾向にある。

【００１６】なお、突起部と溝部の組み合わせとして
は、その断面外形線が図２に示す三角波状以外に、図
３，図４（いずれも他の実施例に係る電極棒の横断面一
部拡大図）にそれぞれ示す様にサイン波状やパルス波状
であってもよい。但し、突起部１ａの厚みｔは、目的の
粉末粒子径を考慮して０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲と
する。

【００１７】次に、図１〜図４に示す電極棒を使用し
て、回転電極法により粉末粒子の製造を行なった。図５
は、その装置の一例を示しており、１は本発明に係る電
極棒である。該電極棒１は、スピンドル２により回動自
在に支持され、電極棒１の一端は、シール機構３を介し
て不活性ガスを充填した密閉タンク４に貫入させ、他の
一端は、ブラシ５を介して陽電極（＋）に接続されてい
る。また、電極棒１は、スピンドル２とブラシ５との間
の位置でモータ６により伝動ベルト７を介して回転可能
とされ、さらにスピンドル２は、電極棒１の溶解する速
度に応じて該電極棒１をタンク４内に連続して供給でき
るよう架台８上を摺動可能とされている。一方、タング
ステン棒９の一端は、電極棒１のタンク４内側先端にわ
ずかな距離をおいて対向するように当該タンク４内に貫
入配置され、他の一端は、タンク４外の陰電極（−）に
接続されている。

【００１８】装置の運転は、表１に示す条件設定で行な
った。

【００１９】

【表１】

【００２０】条件設定，，の下での運転結果、得
られた金属粉末の粒度分布を示したものが図６であり、
条件設定の下での運転結果、得られた金属粉末の粒度
分布を示したものが図７である。

【００２１】図６から明らかな様に、本発明によれば、
得られた粉末は、丸棒状の電極棒を使用していた従来方
法のものに比べて、約１００μｍ〜２００μｍも微細化
されていた。また、収率を考察するために図６をもとに
ピーク分布の範囲（粉末が最も多く得られる分布範囲）
を明らかにしたものが表２であり、収率が向上している
ことが分かる。これは、本発明を実施して得られる粉末
の粒度分布のピークがほぼ１つだけ生じるようになった
ことに起因するものである。

【００２２】

【表２】

【００２３】また、図７から明らかな様に、従来法で
は、微細化粉末粒子を高収率で回収することが特に困難
とされていたアルミニウム系金属材料についても、本発
明によれば、比較的低い回転数１５０００ｒｐｍで従来
法に比べて１００μｍ〜２００μｍ程度まで微細化され
た粉末を得ることができた。この場合も、図７をもとに
収率を検討すると、表３（ピーク分布の範囲を明らかに
したもの）に示す様に、従来法に比べ大きく向上してい
た。

【００２４】

【表３】

【００２５】また、図６，図７の粒度分布図をもとに粒
径分布のピーク値のみを比較して示したものが表４であ
る。

【００２６】

【表４】

【００２７】表４から明らかな様に、本発明によれば、
従来法に比べ電極棒の材質が変わった場合でも分布のピ
ーク値の差が非常に小さくなり、従って得ようとする微
細化粉末の粒径の設定制御を最適且つ単時間で行えるこ
とが確認できた。

【００２８】なお、上記実施例では、電極棒の材質とし
て金属系のものを採用したが、セラミックス等の非金属
系のものも採用することができる。要は、アーク放電に
よって溶解する物すべてについて適用可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、異常の様に構成しているの
で、金属又は非金属材料の高純度微細化粉末粒子を円滑
作業下において高収率で製造できる様になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な電極棒を示す正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面の一部拡大図である。

【図３】本発明の他の電極棒の横断面の一部拡大図であ
る。

【図４】図１〜図３で示す電極棒以外の電極棒の横断面
の一部拡大図である。

【図５】本発明方法に供される回転電極型製造装置の一
例を示す概略説明図である。

【図６】本発明で得られた銅系微細化粉末粒子の粒度分
布図である。

【図７】本発明で得られたアルミニウム系微細化粉末粒
子の粒度分布図である。

【符号の説明】１電極棒１ａ突起部１ｂ溝部４不活性ガス充填タンク９タングステン棒

フロントページの続き (72)発明者仁戸田敏光兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合研究所内 (72)発明者嶋田雅生兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合研究所内 (72)発明者枩倉功和兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合研究所内 (72)発明者中安進兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属又は非金属材料よりなる電極棒であ
って、該電極棒の外周面全体にわたって棒軸と平行な方
向に伸びる突起部分及び溝部を交互に連続して形成した
ものを、不活性ガス奮囲気下でタングステン電極に対向
して配置し、両電極間にアーク放電を発生させた状態で
前記金属又は非金属材料よりなる電極棒を回転させるこ
とにより、該材料電極棒の一端を溶解・飛散させること
を特徴とする金属又は非金属材料の高純度微細化粉末粒
子を製造する方法。
【請求項２】不活性ガス充填容器内に貫設されたタン
グステン電極に対しアーク発生可能な位置まで該容器の
反対側から該容器内に回転可能に貫設された金属又は非
金属材料よりなる溶解用電極棒であって、該電極棒の外
周面には全体にわたって棒軸と平行な方向に伸びる突起
部及び溝部が交互に連続して形成されていることを特徴
とする金属又は非金属材料よりなる回転溶解用電極棒。