JPH08506382A - 粉体の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 被覆された粉体材料の製法が提供される。その方法では、融解した金属又は金属合金を流れ（3）として落下させ、次いで噴霧状に微粒化するのである。異なった組成の液体又は固体材料を導入してその流れ又は噴霧に接触させ、その結果、微粒化液滴の表面の全部又は一部にコーティングを形成するものである。そのコーティングは、導入材料又は反応生成物であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 粉体の製法 本発明は、融解した金属又は金属合金の流れの微粒化（atomization）により 被覆粉体材料を製造する方法に関する。粉体は、好ましくは、全体もしくは部分 的に被覆した粒子を含む。 融解した金属のガス微粒化技術では、微粒化された金属又は金属合金と共析出 （co-deposition）させるためセラミック粒子を微粒化した噴霧（spray）中に導 入し、複合析出物を形成させることが知られている。例えば、本発明者の英国特 許第1379261号及び第2172827号は、析出操作中に固形粒子を噴霧析出物の中へ導 入する方法を開示している。 No．WO89/05870の下でなされた発明者の国際特許出願では、発明者はまた、別 の材料から成る噴霧粒子を主成分金属の中に導入することにより合金の凝集析出 物（coherent deposit）を製造する方法を開示した。これは合金付加物を形成す るもので、それによって、共析出により、噴霧して導入した材料の合金析出物が 形成される。 英国特許第1298031号から、飛行中に集塊するよう融解液滴の噴霧状態で金属 粒子を射出することによって、不規則形状の粉体を形成することも公知である。 射出粒子は固形のまま留まるもので、そうでなければ不規則性としたことによる 恩恵は得られないであろう。その金属粒子は同一組成であり、約２ barGの圧力 で導入され、且つ典型的には、〜65メッシュの微細粒径のものである。 欧州公開出願No.0262869から、得られる粉体の粒子内部に耐火材が均一に分布 するよう融解金属の噴霧の中に耐火材が導入されている複合粉体を形成すること が知られている。 本発明の目的は、改良された粉体材料を提供することにある。 本発明によれば、金属又は金属合金の融解した及び／又は凝固する液滴の微粒 化した流れ又は噴霧の中に、その噴霧される金属又は金属合金とは異なる組成の 材料を導入する工程を含む被覆粉体材の製造方法であって、その導入材料を液滴 の流れ又は噴霧に接触させて微粒化液滴の表面の全部または一部にコーティング を形成するようにする方法が提供される。導入する材料は、固体又は液体粒子で あってよく、単一の材料又は複数の材料の混合物であってもよい。固体粒子の場 合、その粒子は、融解した金属又は金属合金の液滴と接触して融解し、コーティ ングを形成する。コーティングは、導入粒子と前記液滴との間の接触角が小さい ため助長され、これによってぬれ特性（wetting characteristics）が改善され る。 導入粒子は、既に形成された融解液滴に衝突させるか、又は、融解した金属も しくは金属合金の微粒化に際して融解液滴と結合するようにその流れ中に導入し てもよい。固体粒子の混合物が導入される場合、これらの粒子は、融解した金属 又は金属合金と接触して反応し融解化合物を形成してもよく、この融解化合物は 、その低接触角のため広がって微粒化液滴の表面を完全に又は部分的に覆うこと になる。あるいは、導入材料は、金属又は金属合金あるいはその構成成分と反応 してそのコーティングを形成してもよい。従って、そのコーティングは、導入材 料又はその反応生成物を含んでいてもよい。 導入粒子が固体の場合、導入粒子の融点は、接触点での微粒化液滴の温度より 低くなければならず、一方、導入粒子の大きさは、微粒化液滴との接触で実質的 に融解することが保証される程十分に小さくなければならない。微粒子の大きさ は、典型的には10ミクロン未満であるが、正確な寸法は、用いられる材料の接触 点での相対エンタルピーによって決まり、例えば、導入粒子が加熱されていれば それらの寸法は増加されていてもよい。 コーティングが確実に形成されるためは、使用される射出材料及び／又はその 反応生成物は、融解した金属又は金属合金に実質的に不溶性であるべきである。 別の態様としては、射出粒子の一部が、融解した金属又は金属合金の液滴と接 触して気化し、蒸気雲を作り出してもよい。そのコーティングは、凝固する液滴 がその雲の中を通過する際、その表面上に析出した前記材料の薄膜を含む。 本発明の好ましい態様では、射出粒子は、我々の共同審議中の公開出願（NO.W O92/01525）の中に開示したように導入してもよい。しかし、プロセス制御によ って、その粒子は、微粒化液滴の表面に付着させられ、且つ融解及び／又は反応 もしくは反応及び／又は融解させることによってその表面を部分的に覆い、その 結果、微粒化液滴の表面の全体又は部分にわたってコーティングを形成するので ある。 本発明はまた、融解した金属又は融解合金の流れを微粒化して融解液滴の噴霧 を作り出す工程と、前記の流れ又は噴霧の中に異なった組成からなり且つ前記の 融解金属又は融解合金に実質的に非混和性で且つ不溶性である融解した又は粒子 状の材料を導入する工程と、融解した材料の膜が金属液滴の表面全体に広がるよ う、前記材料を融解金属の流れ、もしくは、噴霧の融解した及び／又は凝固する 金属液滴と接触させる工程と、その材料及び液滴を飛行中に凝固させて被覆され た金属又は金属合金の粉体を形成する工程とを含む前記の被覆された金属又は金 属合金の粉体の製造方法をも包含するものである。 導入材料の液相線温度（liquidus temperature）は、微粒化した金属又は金属 合金の液相線温度より100℃だけ低いのが好ましいが、わずかに30℃又は10℃だ け低くてもよい。好ましい態様では、微粒化材料はAl/Si合金を含み、そのコー ティングはフッ化アルミニウムカリウムである。この態様では、被覆粉体は、ろ う付け材料を含んでいてもよく、その場合、フッ化アルミニウムカリウムはフラ ックス・コーティングをもたらす。 次に、添付図面を参照し、例をあげて本発明を説明する。その図面には次のも のがある。 図１は、本発明を実施するための第一の実施例の略図であり、 図２は、代替の粒子送り機構の横断面図であり、 図３は、液体送り機構を使用して本発明を実施するための第二の実施例の略図 であり、そして 図４は、遠心微粒化法を使用して本発明を実施するための第三の実施例の略図 である。 図１において、金属又は金属合金の粉体の製造装置は、金属又は金属合金がそ の液相線温度以上に保持される湯溜り（tundish）（1）を備えている。湯溜り（ 1）は、融解した金属又は金属合金を傾斜可能な融解・調合炉（2）から受け取る もので、底部開口部を有しており、そのために融解金属は、湯溜り（1）から下 方へ向かって流れ（3）となって流れ出て、噴霧室（5）内部で微粒化ガスジェッ ト（gas jets）（4）により微粒化液滴の噴霧に変えることができる。噴霧室（5 ）は、酸素のピックアップが最小になるよう初めに不活性ガスでパージしておく 。微粒化ガスは、飛行している微粒化した液滴から熱を抽出し、その結果固体粉 体が噴霧室（5）の底部に集められ、 取出口（6）を通して抜き取られる。 本発明によれば、粉体粒子を被覆するために、射出ユニット（7）が設けられ ており、これは、流れ（3）が噴霧へと分散していく際、固体粒子をノズル（8） から微粒化ゾーン（9）に射出できるよう配置されている。微粒化した液滴と射 出粒子との混合を改善するため、固体微粒子を微粒化ゾーンへ射出するのに多頭 ノズル射出系を用いてもよい。図１では、射出ユニット（7）は、粒子ホッパ（1 0）と、容器に保持された粒子を流動化するため流動化ガスをホッパ（10）に導 入する取入口（11）と、輸送ガスの供給口（12）とから構成される。 本発明の好ましい方法では、射出される粒子又は粒子の混合物は、微粒化液滴 に衝突する際に噴霧される金属又は金属合金の融解液滴の温度より低い固相線温 度（solidus temperature）を有する材料からなり、そのため、導入粒子は融解 するか又は融解・反応して、凝固する微粒子液滴上で部分的又は完全なコーティ ングを形成する。しかし、固体粒子が融解してコーティング（例えば、フラック ス・コーティング）を形成するようにするために、固体粒子の融解温度は、噴霧 される金属又は金属合金のそれよりごくわすか異なる（例えば、10℃未満の差） のが適当である。衝突時の所要温度差は、被噴霧化金属又は金属合金の過熱と射 出粒子の温度によって与えられる。 図２に示す別の態様では、流動化する代わりに、固体粒子は粒子ホッパ（図２ に未表示）からスクリューにより供給（screw fed）される。 この態様では、供給スクリュー（13）はホッパ底部から水平に供給管（14）に 伸び、そこから粒子を混合室（15）に排出することができる。混合室（15）への 粒子の排出速度は、スクリューの速度で制御され、望み通り可変することができ る。ホッパから供給スクリュー（13）への固体粒子の一様な流れを保証するため 、ホッパにバイブレータ（未表示）を設けてもよい。 バイブレータは、操作中に固体粒子が固まらないよう供給管（14）に設けても よい。 混合室（15）は、供給管（14）の排出端に取付けられる。混合室（15）には、 輸送ガス取入口（17）のそばに基板から送られる伸張板（16）が包含される。輸 送ガスは、伸張板（16）の中を通過して混合室（15）に入り、そこから２つの出 口（１つだけ表示） の方へ出、供給管（14）を出る固体粒子をそれと一緒に搬送する。 出口（18） は、伸張板（16）とは反対の位置におかれ、固体粒子は輸送ガスにより希釈され た段階的流れで外に出る。混合室の上部にある三番目の孔（19）は、同じく係属 中の当方出願No．WO92/01525に説明されているように、供給制御信号を供給する ための加圧タッピングになっている。装置は、操作に先立ち、パージガスを系内 に導入するためのパージ制御バルブ（20）を包含してもよい。 WO92/01525に開示されたように、固体粒子は、微粒化時に液滴と結合するよう 微粒化ゾーン上方の流れの周囲に導入してもよい。 被覆粒子の品質は、下記に関する制御によって左右される。 （ｉ） 微粒化する金属の融解温度と流速 （ii） 導入される固体粒子の粒子サイズ、温度及び流速 （iii） 微粒化装置の設計 （iv） 微粒化するガス及び輸送ガスのガス圧と温度 （ｖ） インジェクタ（射出器）の供給法 （vi） 液滴表面上で反応するように２つ以上の材料が添加される射出粒子の 混合比と組成。 これらの処理変数を監視・制御することにより微粒化金属の粒子サイズ分布を 制御して、単位質量当りの所要表面積、射出粒子対液体金属の比、捕獲効率、微 粒化金属液滴の冷却速度と微粒化液滴に衝突する際の固体粒子の融解速度、を与 えることができる。 導入材料が固体粒子である場合の図１に示した方法の代替法として、図３は液 体粒子を噴霧と混合するための装置を示す。図３では、被覆された金属又は金属 合金の粉体を形成するための装置は、金属又は金属合金がその液相線温度より高 い温度で保持される湯溜り（21）を備えている。湯溜り（21）は、融解した金属 又は金属合金を傾斜可能な融解・調合炉（22）から受け取るもので、底部開口部 を有しており、そのために融解金属は、湯溜り（21）から下方へ向かって流れ（ 23）となって流れ出てもよい。流れ（23）は、噴霧室（25）内部で微粒化ガスジ ェット（24）により微粒化液滴の噴霧に変えられる。噴霧室（25）は、酸素のピ ックアップが最小になるよう初めに不活性ガスでパージしておく。 本発明によれば、金属又は金属合金の粉体を被覆するため、被覆材料がその液 相線温度より高く保持されるもう一つの湯溜り（27）が設けられる。湯溜り（27 ）は、融解した被覆材料を傾斜可能な融解・調合炉（28）から受け取るもので、 底部開口部を有しており、そのために融解された被覆材料は、湯溜り（27）から 下方へ流れ（29）となって流れ出てもよい。その流れ（29）は、噴霧室（25）内 部で微粒化ガスジェット（30）により微粒化液滴の噴霧に変えられる。次いで、 ２つの噴霧（31，32）は、噴霧室（25）で混合されて被覆粒子を形成する。微粒 化ガスは、飛行中の金属又は金属合金の微粒化された液滴及び被覆材料から熱を 抽出し、その結果、固体の被覆粉体が噴霧室（25）の底部に集められて、出口（ 26）を通して抜き取られる。 ２つの噴霧を使用する代わりに、それらを単一の注入ノズルで混合するか又は ２つの液体をそれらが単一のアトマイザー（噴霧器）で一緒に微粒化されるよう なやり方で注入してもよい。この場合、最低表面張力をもつ材料が被覆材料を形 成することになる。 図４では、被覆された金属又は金属合金の粉体の製造装置は、金属又は金属合 金がその液相線温度より高い温度で保持される湯溜り（34）を備えている。湯溜 り（34）は、融解した金属又は金属合金を傾斜可能な融解・調合炉（35）から受 け取るもので、底部開口部を有しており、そのために融解金属又は合金は、湯溜 り（34）から下方へ流れ（36）となって流れ出てもよい。その流れ（36）は、高 速回転円盤（37）上に落下し、それが回転円盤（37）の周囲から遠心力によって 加速されるので、落下する液体金属の流れ（36）が微粒化されるのである。先に 述べた射出法のうちの１つ、即ち、スクリュー・フィーダ又は空気圧粉体射出器 、ー 図１の空気圧粉体射出装置は例を挙げて説明 ー を使って、被覆材料が ノズル（38）を通して金属の流れのまわりに導入され、回転円盤（37）の方へ向 けられ、そこで円盤表面上の金属膜（39）と接触して融解するか、又は、融解し た金属又は金属合金の液滴が回転円盤（37）を離れる際にそれらと接触して融解 する。 固体粒子を用いる代わりに、２つの液体を、注入ノズルで混合するか、又は、 それらが回転円盤によって共に微粒化され被覆粉体を形成するような手段で注入 してもよい。 実施例 図１に開示された装置を使って、アルミニウケイ素を素地とした合金、例えば 、Al-12重量%Si合金、を微粒化でき、且つその微粒化液滴を下記パラメーターを 使って10重量%のフッ化アルミニウムカリウムで部分的に被覆することができる 。 金属の流速 6kg/分 金属の温度 660℃ 粒子の流速 0.75kg/分 粒子の温度 20℃ 微粒化ガス 窒素 フッ化カリウムとフッ化アルミニウムの粒子の1:1の混合物がAl-12重量%Siの 微粒化ゾーンに入り、かなりの数が衝突して融解・反応し、フッ化アルミニウム カリウムの部分的コーティングを形成する。 Al-12重量%Siの融解液滴は、フッ化カリウムとフッ化アルミニウムの固体粒子 による衝突時点で過熱されるが、融解フッ化アルミニウムカリウムの形成のため の温度は、合金の共晶と極めて僅かだけ異なり、それは約577℃である。この方 法で、フッ化アルミニウムカリウムは、Al-12重量%Siを加熱時の酸化から防御し 、且つ融解してアルミニウムろう付け工程における表面酸化物を溶解し破壊する フラックスを備えるコーティングを提供することができる。 もし必要なら、フッ化カリウムとフッ化アルミニウムの粒子は室温で導入して もよいが、それらはコーティング特性を改善するため予備加熱してもよい。例え ば、Al-12重量%Siの注入温度は約900℃であってよく、粒子温度は400℃であって もよい。フッ化カリウムとフッ化アルミニウムの材料は天然に生ずる氷晶石であ ってもよい。その結果、好ましい態様では、我々は、その表面上を少なくとも部 分的にフッ化アルミニウムカリウムで被覆されたAl-12重量%Siの粒子を含む粉体 を提供した。 我々は、フッ化アルミニウムカリウムで被覆されたAl-12重量%Siの粉体を説明 してきたが、本発明は任意の適当な被覆粉体の製造に適用することができるもの である。また、他の貴金属合金（例えば、銀と金の合金）、ニッケルと銅を素地 としたロウ付け合金、等を含むろう付け及びはんだ付け用粉体は、この技術を使 ってフラックス被覆してもよいことも考察されるところである。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属、もしくは金属合金の融解した及び／又は凝固する液滴の微粒化した流 れ又は噴霧の中に、その噴霧される金属又は金属合金とは異なる組成の材料を導 入する工程と、 その導入材料を液滴の流れ又は噴霧に接触させて微粒化液滴の表面の全部ま たは一部にコーティングを形成するようにする工程と を含む、被覆粉体材料の製造方法。 ２．その導入材料が固体又は液体の粒子から選択される請求項１記載の方法。 ３．その導入材料が単一の導入材料である請求項１又は２記載の方法。 ４．そのコーティングが前記導入材料を含む、請求項３記載の方法。 ５．その導入材料と噴霧された金属又は金属合金とが、ぬれ（wetting）を助長 するため低接触角を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の方 法。 ６．その導入材料が、融解した金属又は金属合金と接触して反応し、該反応生成 物を含むコーティングを形成する導入材料の混合物を含む、請求項１又は２記載 の方法。 ７．その反応生成物が、ぬれ性を改善しそれによってその反応生成物が広がって 微粒化液滴の表面を完全に又は部分的に覆うことができるよう、金属又は金属合 金に対して低接触角を有する請求項６記載の方法。 ８．その導入材料が融解した金属又は金属合金に実質的に不溶性である先行の請 求項の何れかに記載の方法。 ９．その導入材料が金属又は金属合金と接触・気化して蒸気雲を形成し、前記コ ーティングがその雲中を通過する際融解及び／又は凝固する液滴の表面上に堆積 した材料の膜を含む、請求項１記載の方法。 10．融解した金属又は融解合金の流れを微粒化して融解液滴の噴霧を作り出す工 程と、 前記の流れ又は噴霧の中に異なった組成からなり且つ前記の融解金属又は金 属合金に実質的に非混和性で且つ不溶性である融解又は粒子状材料を導入する工 程と、 融解材料の膜が金属液滴の表面全面に広がるよう、前記材料を融解金属の流 れもしくは噴霧の融解及び／又は凝固する金属液滴と接触させる工程と、 その材料及び液滴を飛行中に凝固させて前記の被覆された金属又は金属合金 の粉体を形成する工程と を含む、被覆された金属又は金属合金の粉体の製造方法。 11．その導入材料が、その流れ及び／又は微粒化液滴と接触して融解する粒子状 材料を含む、請求項10記載の方法。 12．その導入材料が液体であり、且つ導入方法が、導入液滴の噴霧を作るため前 記材料を微粒化する工程と、導入液滴の噴霧を金属又は金属合金の液滴の噴霧と 接触させる工程とを含む、請求項１又は10記載の方法。 13．金属又は金属合金の微粒化がガス微粒化又は遠心微粒化から選択される先行 請求項の何れか１つに記載の方法。 14．その導入材料の液相線温度が融解金属又は金属合金の液相線温度より100℃ 未満だけ低い先行請求項の何れか１つに記載の方法。 15．その液相線が融解金属又は金属合金の液相線温度より30℃未満だけ低い請求 項14記載の方法。 16．その導入材料の液相線温度が融解金属又は金属合金の液相線温度より僅かに 10℃だけ低い請求項14記載の方法。 17．その導入材料が粉体上にフラックス・コーティングを形成する先行請求項の 何れか１つに記載の方法。 18．その導入材料がフッ化カリウムとフッ化アルミニウムとの混合物である請求 項１又は10記載の方法。 19．微粒化された金属又は金属合金がAl/Si素地の合金から成る先行請求項の何 れか１つに記載の方法。 20．その導入材料とその形成されたコーティングとがフッ化アルミニウムカリウ ムを含む、請求項19記載の方法。 21．その導入材料が融解した金属又は金属合金又はその構成成分と反応しそれに よりその導入材料が接触反応して反応生成物を含むコーティングを形成する請求 項１又は10記載の方法。 22．請求項１から21の何れかに従って形成された被覆粉体から成るろう付け材。