JPH07122085B2 - レーザ光線による微粉末の製造方法 - Google Patents
レーザ光線による微粉末の製造方法Info
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- JPH07122085B2 JPH07122085B2 JP1150013A JP15001389A JPH07122085B2 JP H07122085 B2 JPH07122085 B2 JP H07122085B2 JP 1150013 A JP1150013 A JP 1150013A JP 15001389 A JP15001389 A JP 15001389A JP H07122085 B2 JPH07122085 B2 JP H07122085B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はレーザ光線による微粉末の新規な製造方法に関
するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、高エ
ネルギー密度ビームのレーザ光線の照射によって生じる
レーザプルームを利用して、溶射材料をはじめ、粉体粉
末関連分野における素材として有用な、ザブミクロンオ
ーダ以下の大きさの金属系微粉末を効率よく製造する方
法に関するものである。
するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、高エ
ネルギー密度ビームのレーザ光線の照射によって生じる
レーザプルームを利用して、溶射材料をはじめ、粉体粉
末関連分野における素材として有用な、ザブミクロンオ
ーダ以下の大きさの金属系微粉末を効率よく製造する方
法に関するものである。
従来の技術 従来、粉体粉末治金工業をはじめとする各種工業分野に
おいて用いられる金属系微粉末は、粒子径が数μｍない
し数十μｍの範囲のものが主流を占めていたが、近年、
高機能化や高性能化などへのニーズにこたえるものとし
てサブミクロンオーダ以下の大きさの金属系超微粉末が
注目されるようになってきた。
おいて用いられる金属系微粉末は、粒子径が数μｍない
し数十μｍの範囲のものが主流を占めていたが、近年、
高機能化や高性能化などへのニーズにこたえるものとし
てサブミクロンオーダ以下の大きさの金属系超微粉末が
注目されるようになってきた。
一般に、粉末の粒径が小さくなるに伴い、粉末を構成し
ている全原子数に対する表面原子数の比が大きくなるた
め、超微粉末においては、元の素材にない新しい特性
が、例えば磁性、光物性、熱抵抗、融点、電気伝導、焼
結性などにおいて、発揮されることが知られている。こ
のような特性の応用としては、例えば鉄−コバルト合金
などの超微粒子は、１個の粒子が永久磁石となるため、
金属の魂よりも極めて高い磁性を示すことから、ビデオ
テープなどの磁性材料として、従来から用いられてお
り、またファインセラミックス用焼結材料として、優れ
た焼結性を示す炭化ケイ素や窒化ケイ素などの超微粉末
が開発されている。さらに最近では、次世代の大容量記
録方式として期待されている光ディスクに超微粒子を利
用する研究、あるいは超微粒子を利用するガス・デポジ
ション法による薄膜化の研究が盛んに行われている。
ている全原子数に対する表面原子数の比が大きくなるた
め、超微粉末においては、元の素材にない新しい特性
が、例えば磁性、光物性、熱抵抗、融点、電気伝導、焼
結性などにおいて、発揮されることが知られている。こ
のような特性の応用としては、例えば鉄−コバルト合金
などの超微粒子は、１個の粒子が永久磁石となるため、
金属の魂よりも極めて高い磁性を示すことから、ビデオ
テープなどの磁性材料として、従来から用いられてお
り、またファインセラミックス用焼結材料として、優れ
た焼結性を示す炭化ケイ素や窒化ケイ素などの超微粉末
が開発されている。さらに最近では、次世代の大容量記
録方式として期待されている光ディスクに超微粒子を利
用する研究、あるいは超微粒子を利用するガス・デポジ
ション法による薄膜化の研究が盛んに行われている。
このように、金属系超微粉末は新しい機能性材料として
注目され、その応用開発が積極的になされている。
注目され、その応用開発が積極的になされている。
従来、金属系の超微粉末を含めた微粉末の製造方法とし
ては、例えば高速度衝撃粉砕機、ボールミル、気流粉砕
機、媒体かくはんミルなどを用いる機械的粉砕分級法、
及び原子、イオンからの核発生や成長の過程で微粒子を
形成させる化学的方法などが知られている。しかしなが
ら、機械的粉砕分級法においては、エネルギー効率が悪
い、異物が混入しやすい、分級操作が必要で、プロセス
が煩雑であるなどの欠点を有し、一方化学的方法におい
て、微粒子の形成に長時間を要し、実用的でないという
欠点がある。
ては、例えば高速度衝撃粉砕機、ボールミル、気流粉砕
機、媒体かくはんミルなどを用いる機械的粉砕分級法、
及び原子、イオンからの核発生や成長の過程で微粒子を
形成させる化学的方法などが知られている。しかしなが
ら、機械的粉砕分級法においては、エネルギー効率が悪
い、異物が混入しやすい、分級操作が必要で、プロセス
が煩雑であるなどの欠点を有し、一方化学的方法におい
て、微粒子の形成に長時間を要し、実用的でないという
欠点がある。
このような欠点を改良した金属系微粉末の製造方法とし
て、連続供給される金属ワイヤの先端をレーザ光線によ
り溶融するとともに、前記ワイヤ先端の溶融金属をガス
流でワイヤから分離し、放出して微粉末を形成させる方
法が提案されている（特開昭51−56762号公報、特開昭6
1−264108号公報、特開昭63−61364号公報）。
て、連続供給される金属ワイヤの先端をレーザ光線によ
り溶融するとともに、前記ワイヤ先端の溶融金属をガス
流でワイヤから分離し、放出して微粉末を形成させる方
法が提案されている（特開昭51−56762号公報、特開昭6
1−264108号公報、特開昭63−61364号公報）。
しかしながら、前記方法においては、ガス流による溶融
金属の物理的微細化手法であうので、サブミクロンオー
ダ以下の大きさの超微粒子の製造は困難であり、また、
溶融から凝固までの時間が短いために、反応を利用する
場合には適正条件領域が狭いなどの問題があり、必ずし
も十分に満足しうるものではない。
金属の物理的微細化手法であうので、サブミクロンオー
ダ以下の大きさの超微粒子の製造は困難であり、また、
溶融から凝固までの時間が短いために、反応を利用する
場合には適正条件領域が狭いなどの問題があり、必ずし
も十分に満足しうるものではない。
発明が解決しようとする課題 本発明は、このような従来の金属系微粉末の製造方法が
有する欠点を克服し、サブミクロンオーダ以下の大きさ
の金属系微粉末を簡単な操作で効率よく製造するための
方法を提供することを目的としてなされたものである。
有する欠点を克服し、サブミクロンオーダ以下の大きさ
の金属系微粉末を簡単な操作で効率よく製造するための
方法を提供することを目的としてなされたものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重
ねた結果、１種の金属又は金属同士や金属と非金属との
混合物に高エネルギー密度ビームのレーザ光線を照射し
て得られたレーザプルームをガス流により冷却すること
により、サブミクロンオーダ以下の大きさの金属系微粉
末が容易に得られること、また、該レーザプルーム内で
反応を伴う場合には、このレーザプルームを高周波誘導
加熱することにより、該反応を容易に促進しうることを
見い出し、この知見に基づいて本発明を完成することに
至った。
ねた結果、１種の金属又は金属同士や金属と非金属との
混合物に高エネルギー密度ビームのレーザ光線を照射し
て得られたレーザプルームをガス流により冷却すること
により、サブミクロンオーダ以下の大きさの金属系微粉
末が容易に得られること、また、該レーザプルーム内で
反応を伴う場合には、このレーザプルームを高周波誘導
加熱することにより、該反応を容易に促進しうることを
見い出し、この知見に基づいて本発明を完成することに
至った。
すなわち、本発明は、高エネルギー密度ビームのレーザ
光線を、少なくとも１種の金属と少なくとも１種の非金
属との混合物に照射し、これを溶融させてレーザプルー
ムを発生させ、次いでこのレーザプルームを高周波誘導
加熱したのち、ガス流により冷却することを特徴とする
レーザ光線による微粉末の製造方法を提供するものであ
る。
光線を、少なくとも１種の金属と少なくとも１種の非金
属との混合物に照射し、これを溶融させてレーザプルー
ムを発生させ、次いでこのレーザプルームを高周波誘導
加熱したのち、ガス流により冷却することを特徴とする
レーザ光線による微粉末の製造方法を提供するものであ
る。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明方法においては、素材の金属や非金属を溶融させ
てレーザプルームを発生させるために、高エネルギー密
度ビームのレーザ光線が用いられる。この高エネルギー
密度ビームのレーザ光線は、例えばレーザ光線を集光レ
ンズにより収れんさせることにより得ることができる。
てレーザプルームを発生させるために、高エネルギー密
度ビームのレーザ光線が用いられる。この高エネルギー
密度ビームのレーザ光線は、例えばレーザ光線を集光レ
ンズにより収れんさせることにより得ることができる。
本発明方法においては、金属系微粉末の素材として、少
なくとも１種の金属と少なくとも１種の非金属との混合
物が用いられる。該金属の種類については、高エネルギ
ー密度ビームのレーザ光線により溶融して、レーザプル
ームを発生するものであればよく、特に制限されず、例
えば金、銀、鉄、コバルト、クロム、ニッケル、マンガ
ン、銅、ビスマス、チタン、ジルコニウム、ニオブ、イ
ットリウム、テルビウム、ガドリニウム、スズ、鉛、亜
鉛、アルミニウム、ケイ素、バリウムなどが挙げられる
が、もちろんこれらに限定されるものではない。また、
これらの金属は１種用いてもよいし、２種以上を組み合
わせて用いてもよい。
なくとも１種の金属と少なくとも１種の非金属との混合
物が用いられる。該金属の種類については、高エネルギ
ー密度ビームのレーザ光線により溶融して、レーザプル
ームを発生するものであればよく、特に制限されず、例
えば金、銀、鉄、コバルト、クロム、ニッケル、マンガ
ン、銅、ビスマス、チタン、ジルコニウム、ニオブ、イ
ットリウム、テルビウム、ガドリニウム、スズ、鉛、亜
鉛、アルミニウム、ケイ素、バリウムなどが挙げられる
が、もちろんこれらに限定されるものではない。また、
これらの金属は１種用いてもよいし、２種以上を組み合
わせて用いてもよい。
一方、非金属については、前記の条件を満たし、かつ併
用する前記金属と反応しうるものであればよく特に制限
はない。このようなものとしては、例えば炭素、ホウ
素、リンなどが挙げられるが、もちろんこれらに限定さ
れるものではない。これらの非金属は前記金属と混合し
て用いられるが、この場合それぞれ１種用いてもよい
し、２種以上を用いてもよい。
用する前記金属と反応しうるものであればよく特に制限
はない。このようなものとしては、例えば炭素、ホウ
素、リンなどが挙げられるが、もちろんこれらに限定さ
れるものではない。これらの非金属は前記金属と混合し
て用いられるが、この場合それぞれ１種用いてもよい
し、２種以上を用いてもよい。
本発明方法においては、これらの素材に高エネルギー密
度ビームのレーザ光線を照射し、該素材を溶融させてレ
ーザプルームを発生させ、該レーザプルームを高周波誘
導加熱してその反応を促進させたのち、ガス流により該
レーザプルームを冷却してもよい。
度ビームのレーザ光線を照射し、該素材を溶融させてレ
ーザプルームを発生させ、該レーザプルームを高周波誘
導加熱してその反応を促進させたのち、ガス流により該
レーザプルームを冷却してもよい。
また、このガス流としては、アルゴンやヘリウムなどの
不活性ガスを用いてもよいし、素材と雰囲気ガスとの反
応を所望する場合には、目的に応じて酸素、窒素、炭化
水素などの反応性ガスを適宜用いてもよい。例えば該ガ
ス流として酸素を用いる場合には金属酸化物の微粉末
が、窒素を用いる場合には金属窒化物の微粉末が、メタ
ンなどの炭化水素を用いる場合には金属炭化物の微粉末
が得られる。
不活性ガスを用いてもよいし、素材と雰囲気ガスとの反
応を所望する場合には、目的に応じて酸素、窒素、炭化
水素などの反応性ガスを適宜用いてもよい。例えば該ガ
ス流として酸素を用いる場合には金属酸化物の微粉末
が、窒素を用いる場合には金属窒化物の微粉末が、メタ
ンなどの炭化水素を用いる場合には金属炭化物の微粉末
が得られる。
このようにして、金属単体微粉末、金属合金微粉末、金
属と非金属との化合物の微粉末金属と雰囲気ガスとの化
合物の微粉末、あるいはこれらの混合物から成る複合微
粉末などが効率よく得られる。これらの微粉末の平均粒
子径は、通常0.2〜1.0μｍの範囲である。
属と非金属との化合物の微粉末金属と雰囲気ガスとの化
合物の微粉末、あるいはこれらの混合物から成る複合微
粉末などが効率よく得られる。これらの微粉末の平均粒
子径は、通常0.2〜1.0μｍの範囲である。
次に、添付図面に従って、本発明のレーザ光線による微
粉末の製造方法の好適な１例について説明する。
粉末の製造方法の好適な１例について説明する。
第１図は本発明方法を実施するための装置の１例の説明
図であって、図示していないレーザ発生装置からのレー
ザ光線を集光レンズで収れんさせて得られた高エネルギ
ー密度ビームのレーザ光線１を、反射鏡８で方向を変
え、保持台７上の微粉末形成用素材２に照射し、該素材
２を溶融させて、その直上にレーザプルーム３を発生さ
せる。次に、このレーザプルーム３は高周波コイル９に
より高周波誘導加熱され、ノズル４からの不活性ガスあ
るいは反応性ガス５′とともに、アルミニウムのような
金属製の回収板６の方向へ流れ、かつ冷却されて回収板
６の表面に所望の微粉末が集積される。
図であって、図示していないレーザ発生装置からのレー
ザ光線を集光レンズで収れんさせて得られた高エネルギ
ー密度ビームのレーザ光線１を、反射鏡８で方向を変
え、保持台７上の微粉末形成用素材２に照射し、該素材
２を溶融させて、その直上にレーザプルーム３を発生さ
せる。次に、このレーザプルーム３は高周波コイル９に
より高周波誘導加熱され、ノズル４からの不活性ガスあ
るいは反応性ガス５′とともに、アルミニウムのような
金属製の回収板６の方向へ流れ、かつ冷却されて回収板
６の表面に所望の微粉末が集積される。
ノズル４からのガスが不活性ガスの場合は、微粉末形成
用素材２に含まれる成分間での反応が生じ、また、該ガ
スが反応性ガスの場合は、該微粉末形成用素材中の成分
と反応性ガスとの反応も併せて生じる。
用素材２に含まれる成分間での反応が生じ、また、該ガ
スが反応性ガスの場合は、該微粉末形成用素材中の成分
と反応性ガスとの反応も併せて生じる。
以上述べたように、レーザプルームを高周波誘導加熱す
ることによって、該ガスが不活性ガスであるか反応性ガ
スであるかを問わず、反応を効率的に生じさせて、所望
の微粉末を回収することができる。
ることによって、該ガスが不活性ガスであるか反応性ガ
スであるかを問わず、反応を効率的に生じさせて、所望
の微粉末を回収することができる。
発明の効果 本発明によると、高エネルギー密度ビームのレーザ光線
を素材に照射して発生するレーザプルームを利用するこ
とにより、サブミクロンオーダ以下の大きさの金属系微
粉末を極めて効率よく製造することができる。また、レ
ーザプルーム内で反応を伴う場合には、該レーザプルー
ムを高周波誘導加熱することにより、その反応を促進す
ることが可能である。
を素材に照射して発生するレーザプルームを利用するこ
とにより、サブミクロンオーダ以下の大きさの金属系微
粉末を極めて効率よく製造することができる。また、レ
ーザプルーム内で反応を伴う場合には、該レーザプルー
ムを高周波誘導加熱することにより、その反応を促進す
ることが可能である。
本発明方法で得られた金属系微粉末は、サブミクロンオ
ーダ以下の大きさを有し、かつ異物の混入もなく、例え
ば溶射材料、ファインセラミックス用焼結材料、金属と
セラミックスとの接合用バインダー、ビデオテープ用磁
性材料、光ディスク用材料、耐熱、耐食性皮膜の構造と
して重要な傾斜組成膜用材料、ガス・デポジション法に
よる薄膜形成用材料、金属の射出成形用材料、粉末冶金
用材料などとして極めて有用である。
ーダ以下の大きさを有し、かつ異物の混入もなく、例え
ば溶射材料、ファインセラミックス用焼結材料、金属と
セラミックスとの接合用バインダー、ビデオテープ用磁
性材料、光ディスク用材料、耐熱、耐食性皮膜の構造と
して重要な傾斜組成膜用材料、ガス・デポジション法に
よる薄膜形成用材料、金属の射出成形用材料、粉末冶金
用材料などとして極めて有用である。
実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。
本発明はこれらの例によってなんら限定されるものでは
ない。
実施例１ 第１図に示す装置を用い、以下の条件で炭化ケイ素の微
粉末を調製した。
粉末を調製した。
レーザ出力:3kW 焦点はずし：＋100mm 使用ガス ：アルゴン 試 料 ：ケイ素とカーボンとの混合物 レンズ焦点距離:250mm 第２図及び第３図にそれぞれ、得られた微粉末の走査電
子顕微鏡写真及びＸ線回折チャートを示す。
子顕微鏡写真及びＸ線回折チャートを示す。
この第２図及び第３図から、該微粉末はケイ素材とカー
ボンとが反応して成る炭化ケイ素を含んでいることが分
かる。なお、得られた微粉末の平均粒径は0.5μｍであ
った。
ボンとが反応して成る炭化ケイ素を含んでいることが分
かる。なお、得られた微粉末の平均粒径は0.5μｍであ
った。
実施例２ 第１図に示す装置を用い、以下の条件下でアルミニウム
とチタニウムとの混合物の微粉末を調製した。
とチタニウムとの混合物の微粉末を調製した。
レーザ出力:2kW 焦点はずし：−50mm 使用ガス ：アルゴン 試 料 ：アルミニウムとチタニウムとの混合物 第４図に得られた微粉末のＸ線回折チャートを示す。
この第４図から該微粉末は、通常の方法では生成し難い
アルミニウムとチタニウムとが反応して成る金属間化合
物を含んでいることが分かる。
アルミニウムとチタニウムとが反応して成る金属間化合
物を含んでいることが分かる。
第１図は、本発明方法を実施するための装置のそれぞれ
異なった例の説明図であって、図中符号１はレーザ光
線、２は微粉末形成用素材、３はレーザプルーム、４は
ノズル、５′はガス流、６は回収板、７は微粉末形成用
素材保持台である。 第２図は、本発明方法で得られた微粉末の形状を示す走
査電子顕微鏡写真図、第３図及び第４図はＸ線回折チャ
ートである
異なった例の説明図であって、図中符号１はレーザ光
線、２は微粉末形成用素材、３はレーザプルーム、４は
ノズル、５′はガス流、６は回収板、７は微粉末形成用
素材保持台である。 第２図は、本発明方法で得られた微粉末の形状を示す走
査電子顕微鏡写真図、第３図及び第４図はＸ線回折チャ
ートである
Claims (2)
- 【請求項１】高エネルギー密度ビームのレーザ光線を、
少なくとも１種の金属又は少なくとも１種の金属と少な
くとも１種の非金属の混合物に照射し、これを溶融させ
てレーザプルームを発生させ、次いでこのレーザプルー
ムを高周波誘導加熱したのち、ガス流により冷却するこ
とを特徴とするレーザ光線による微粉末の製造方法。 - 【請求項２】ガス流が不活性ガス流又は反応性ガス流で
ある請求項１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1150013A JPH07122085B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | レーザ光線による微粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1150013A JPH07122085B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | レーザ光線による微粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0313510A JPH0313510A (ja) | 1991-01-22 |
| JPH07122085B2 true JPH07122085B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=15487571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1150013A Expired - Lifetime JPH07122085B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | レーザ光線による微粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122085B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101400901B1 (ko) * | 2011-10-20 | 2014-05-29 | 한국기계연구원 | 고온의 열원을 이용한 ５００ ㎚-１０ ㎛ 크기의 구형 분말의 제조방법 |
| KR101448594B1 (ko) * | 2007-12-20 | 2014-10-13 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 비정질 합금 분말 제조장치 및 그 제조방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2830912B2 (ja) * | 1996-06-12 | 1998-12-02 | 孝雄 荒木 | チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体形成方法及び溶射皮膜形成方法 |
| JP4717376B2 (ja) * | 2004-05-27 | 2011-07-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 微粒子の製造方法、及び製造装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6254005A (ja) * | 1985-09-02 | 1987-03-09 | Hitachi Ltd | 超微粒子の製造方法 |
| JPS6397226A (ja) * | 1986-10-13 | 1988-04-27 | Nkk Corp | 超微粒子の製造装置 |
-
1989
- 1989-06-12 JP JP1150013A patent/JPH07122085B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101448594B1 (ko) * | 2007-12-20 | 2014-10-13 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 비정질 합금 분말 제조장치 및 그 제조방법 |
| KR101400901B1 (ko) * | 2011-10-20 | 2014-05-29 | 한국기계연구원 | 고온의 열원을 이용한 ５００ ㎚-１０ ㎛ 크기의 구형 분말의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0313510A (ja) | 1991-01-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |