JPH11269511A - Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造体、および該球状粉末の製造方法ならびに装置 - Google Patents
Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造体、および該球状粉末の製造方法ならびに装置Info
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- JPH11269511A JPH11269511A JP10095152A JP9515298A JPH11269511A JP H11269511 A JPH11269511 A JP H11269511A JP 10095152 A JP10095152 A JP 10095152A JP 9515298 A JP9515298 A JP 9515298A JP H11269511 A JPH11269511 A JP H11269511A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成形性、加工性の良いＡ２型Ｎｂ・Ａｌ系金
属材料の球状粉末とその製造体、および該球状粉末の製
造方法ならびに装置 【解決手段】 Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の原料粉末を原料
ホッパー２１からプラズマフレーム１の加熱部２に供給
して加熱溶融し、該溶融粒子を冷却ガスノズル４２から
ガス噴射して急冷し、Ａ２型体心立方構造を有する固溶
体のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粒子を得る。
属材料の球状粉末とその製造体、および該球状粉末の製
造方法ならびに装置 【解決手段】 Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の原料粉末を原料
ホッパー２１からプラズマフレーム１の加熱部２に供給
して加熱溶融し、該溶融粒子を冷却ガスノズル４２から
ガス噴射して急冷し、Ａ２型体心立方構造を有する固溶
体のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粒子を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば脆くて加工
性の悪いＮｂ3 Ａｌなどの超伝導材料から線材やテープ
材（リボン）などを製造する際に、加工性の良いＡ２型
Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末を製造する製造方法お
よび製造装置に関するものである。また、このように加
工性を改善した球状粉末から線材などに加工した後、さ
らに加熱処理して超伝導特性の優れたＮｂ3 Ａｌの線材
やテープ材（リボン）などを得る方法に関するものであ
り、あるいは前記球状粉末を成形焼結体として耐熱材料
として使用したりするブロック体などに関するものであ
る。
性の悪いＮｂ3 Ａｌなどの超伝導材料から線材やテープ
材（リボン）などを製造する際に、加工性の良いＡ２型
Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末を製造する製造方法お
よび製造装置に関するものである。また、このように加
工性を改善した球状粉末から線材などに加工した後、さ
らに加熱処理して超伝導特性の優れたＮｂ3 Ａｌの線材
やテープ材（リボン）などを得る方法に関するものであ
り、あるいは前記球状粉末を成形焼結体として耐熱材料
として使用したりするブロック体などに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】テープ材（リボン）、線材などに加工し
て超伝導マグネットの巻線などに使用される超伝導材料
としては、可塑性に富んだＮｉ−Ｔｉ金属材料などが使
用されている。しかし、Ｎｂ−Ｔｉ金属材料は４．２Ｋ
の液体Ｈｅ中で９テスラの磁界発生が限度である。一方
超伝導体を実用化するためには、４．２Ｋの液体Ｈｅ中
で１０テスラの磁界の下で４×１０4 Ａ／ｃｍ2 の臨界
電流密度が要求されている。したがって、さらに高磁界
の超伝導マグネット用としてＮｂ−Ｔｉ金属材料より超
伝導特性の優れた材料が要求され、近時Ｎｂ3 Ａｌなど
のＡ１５型金属材料が注目されている。
て超伝導マグネットの巻線などに使用される超伝導材料
としては、可塑性に富んだＮｉ−Ｔｉ金属材料などが使
用されている。しかし、Ｎｂ−Ｔｉ金属材料は４．２Ｋ
の液体Ｈｅ中で９テスラの磁界発生が限度である。一方
超伝導体を実用化するためには、４．２Ｋの液体Ｈｅ中
で１０テスラの磁界の下で４×１０4 Ａ／ｃｍ2 の臨界
電流密度が要求されている。したがって、さらに高磁界
の超伝導マグネット用としてＮｂ−Ｔｉ金属材料より超
伝導特性の優れた材料が要求され、近時Ｎｂ3 Ａｌなど
のＡ１５型金属材料が注目されている。
【０００３】しかし、前記Ｎｂ3 Ａｌは溶融・凝固した
状態では通常Ａ１５型の結晶構造をなしており、このＡ
１５型は硬くて脆いために直接線材などに加工すること
が不可能であり、このために実用化がされていない。
状態では通常Ａ１５型の結晶構造をなしており、このＡ
１５型は硬くて脆いために直接線材などに加工すること
が不可能であり、このために実用化がされていない。
【０００４】一方、Ａ１５型Ｎｂ3 Ａｌは溶融急冷する
ことにより、Ａ２型（Ｎｂ・Ａｌのｂｃｃ過飽和固溶
体）に相変態して加工性が改善されることが知られてい
る。この溶融急冷の方法としては，ハンマ急冷法など多
くの研究が行われている（Ｋ．Ｓｃｈｕｌｚｅ，ｅｔ
ａｌｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｅｓｓ−Ｃ
ｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ，ｖｏｌ．１３９，（１９８
８）Ｐ９７〜１０６など）。
ことにより、Ａ２型（Ｎｂ・Ａｌのｂｃｃ過飽和固溶
体）に相変態して加工性が改善されることが知られてい
る。この溶融急冷の方法としては，ハンマ急冷法など多
くの研究が行われている（Ｋ．Ｓｃｈｕｌｚｅ，ｅｔ
ａｌｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｅｓｓ−Ｃ
ｏｍｍｏｎ Ｍｅｔａｌｓ，ｖｏｌ．１３９，（１９８
８）Ｐ９７〜１０６など）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ハンマ急冷法では、球状体が得られないために成形性が
悪く、バッチ操業のために生産性に劣る。また、従来の
噴射ガスによってアトマイズする際に急冷するアトマイ
ズ方法では粒径のコントロールが困難であり、高エネル
ギを要して装置が複雑になるとともに、溶湯がノズルと
接触するのでコンタミネーションが増加するという問題
がある。
ハンマ急冷法では、球状体が得られないために成形性が
悪く、バッチ操業のために生産性に劣る。また、従来の
噴射ガスによってアトマイズする際に急冷するアトマイ
ズ方法では粒径のコントロールが困難であり、高エネル
ギを要して装置が複雑になるとともに、溶湯がノズルと
接触するのでコンタミネーションが増加するという問題
がある。
【０００６】そこで、本発明は、粉末を原料としてプラ
ズマにより溶融急冷することにより、安価にＡ２型Ｎｂ
・Ａｌ系金属材料の球状粉末を製造する製造方法と装置
を提供することを目的とする。
ズマにより溶融急冷することにより、安価にＡ２型Ｎｂ
・Ａｌ系金属材料の球状粉末を製造する製造方法と装置
を提供することを目的とする。
【０００７】また、粉末を原料に用いれば成形法に合っ
た粒径のＡ２型Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末の製造
が可能になり、粉末の成形性が向上し加工性が良好にな
るので、この成形体を線材などに加工後、再熱処理する
ことにより超伝導性の高い線材、テープ材（リボン）な
どが得られる。あるいは、成型後にブロック体に焼結し
て耐熱材料として使用することが容易になる。
た粒径のＡ２型Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末の製造
が可能になり、粉末の成形性が向上し加工性が良好にな
るので、この成形体を線材などに加工後、再熱処理する
ことにより超伝導性の高い線材、テープ材（リボン）な
どが得られる。あるいは、成型後にブロック体に焼結し
て耐熱材料として使用することが容易になる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製
造方法は、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の粉末を原料として、
該原料粉末の粒子をプラズマフレームにより加熱して溶
融し、該溶融粒子を急冷してＡ２型体心立方構造を有す
る固溶体の球状粒子を得ることを特徴とするものであ
る。
に、本発明のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製
造方法は、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の粉末を原料として、
該原料粉末の粒子をプラズマフレームにより加熱して溶
融し、該溶融粒子を急冷してＡ２型体心立方構造を有す
る固溶体の球状粒子を得ることを特徴とするものであ
る。
【０００９】すなわち、本発明の球状粉末とその製造方
法は、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の原料粉末を粉末粒子のま
まプラズマフレームで加熱溶融して急冷するので、原料
粉末の粒度を変えることにより自由に所用の粒径の成品
粉末が得られ、粒径を小さくすれば急冷が容易になり、
安定して均一なＡ２型成品粉末が得られる。
法は、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の原料粉末を粉末粒子のま
まプラズマフレームで加熱溶融して急冷するので、原料
粉末の粒度を変えることにより自由に所用の粒径の成品
粉末が得られ、粒径を小さくすれば急冷が容易になり、
安定して均一なＡ２型成品粉末が得られる。
【００１０】また、原料粉末をＮｂ・Ａｌ系金属材料を
粉砕して作成すれば、原料粉末の粒度は粉砕により自由
に選択できるので、３００μｍ以下の粒径の成形性の良
い微細な成品粉末が容易に得られる。
粉砕して作成すれば、原料粉末の粒度は粉砕により自由
に選択できるので、３００μｍ以下の粒径の成形性の良
い微細な成品粉末が容易に得られる。
【００１１】また、本発明の製造方法は原料粉末をプラ
ズマフレームで加熱溶融するが、例えばＮｂ3 Ａｌの融
点は２２５３Ｋであるように、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の
融点は非常に高いので、本発明のプラズマによる加熱は
他の加熱方法に比しクリーンな高温の加熱エネルギー源
として最も適切である。
ズマフレームで加熱溶融するが、例えばＮｂ3 Ａｌの融
点は２２５３Ｋであるように、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の
融点は非常に高いので、本発明のプラズマによる加熱は
他の加熱方法に比しクリーンな高温の加熱エネルギー源
として最も適切である。
【００１２】また、加工性の悪いＡ１５型Ｎｂ・Ａｌ系
金属材料の原料粉末をプラズマ加熱した溶融粒子を急冷
することにより体心立方構造の球状粒子であるＡ２型に
変態する。これによってＮｂ・Ａｌ系金属材料粉末の加
工性が向上するので、この粉末を成型後に線材、テープ
材（リボン）などに加工することが容易になる。この急
冷の冷却速度は１０4 Ｋ／ｓ以上とすることが安定した
Ａ２型のＮｂ・Ａｌ系金属材料の成品粉末を得るために
望ましい。
金属材料の原料粉末をプラズマ加熱した溶融粒子を急冷
することにより体心立方構造の球状粒子であるＡ２型に
変態する。これによってＮｂ・Ａｌ系金属材料粉末の加
工性が向上するので、この粉末を成型後に線材、テープ
材（リボン）などに加工することが容易になる。この急
冷の冷却速度は１０4 Ｋ／ｓ以上とすることが安定した
Ａ２型のＮｂ・Ａｌ系金属材料の成品粉末を得るために
望ましい。
【００１３】前記Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末は、
Ａｌ量が７〜１４ｗｔ％であることが超伝導性の優れた
Ｎｂ3 Ａｌを得るために望ましい。すなわち、Ｎｂ3 Ａ
ｌの化学量論組成ではＡｌ量は８．８ｗｔ％であるが、
７〜１４ｗｔ％であれば優れた超伝導性が得られる。
Ａｌ量が７〜１４ｗｔ％であることが超伝導性の優れた
Ｎｂ3 Ａｌを得るために望ましい。すなわち、Ｎｂ3 Ａ
ｌの化学量論組成ではＡｌ量は８．８ｗｔ％であるが、
７〜１４ｗｔ％であれば優れた超伝導性が得られる。
【００１４】また、前記Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉
末は、Ｎｂ3 （Ａｌ1-x ，Ｍx ）のｘ＝０．０１〜０．
５で、Ｍ＝（Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｉｎのうち１または２
以上の元素）からなることにより、優れた超伝導体が得
られる。
末は、Ｎｂ3 （Ａｌ1-x ，Ｍx ）のｘ＝０．０１〜０．
５で、Ｍ＝（Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｉｎのうち１または２
以上の元素）からなることにより、優れた超伝導体が得
られる。
【００１５】本発明の方法によれば、球状粉末の粒径を
３００μｍ以下、好ましくは５０μｍにすることも容易
であり、粒径を５０μｍ以下にすることにより成形性が
一層向上して加工性の良好なＡ２型Ｎｂ3 Ａｌの粉末が
得られる。
３００μｍ以下、好ましくは５０μｍにすることも容易
であり、粒径を５０μｍ以下にすることにより成形性が
一層向上して加工性の良好なＡ２型Ｎｂ3 Ａｌの粉末が
得られる。
【００１６】また、本発明の超伝導性に優れた製造体
は、前記球状粉末を成形した後、冷間または温間加工後
に９００Ｋ以上の温度で加熱処理してなるＮｂ・Ａｌ系
金属材料の球状粉末から製造されたことを特徴とするも
のである。
は、前記球状粉末を成形した後、冷間または温間加工後
に９００Ｋ以上の温度で加熱処理してなるＮｂ・Ａｌ系
金属材料の球状粉末から製造されたことを特徴とするも
のである。
【００１７】すなわち、溶製などによって得られたＮｂ
・Ａｌ系金属材料は通常そのままでは超伝導性を有しな
い。それを本発明の方法によって高温から急冷すること
により、３：１の化学量論比組成が保たれて優れた超伝
導性が得られるようになる。しかし、上記本発明の製造
方法によって得られたＡ２型金属間化合物は、そのまま
では加工性は良いが超伝導性が劣る。本発明で得られた
Ａ２型金属材料は９００Ｋ以上の比較的低い温度で短時
間の再加熱処理することによりＡ２型からＡ１５型の再
変態を行わせることができるので容易に超伝導性を改善
することができる。したがって、線材、テープ材（リボ
ン）などに加工後に所用の再加熱処理することによりＡ
２型からＡ１５型に再変態させて超伝導性に優れた線
材、テープ材（リボン）などの製造体が得られる。これ
に対して、Ａ１５型原料粉のままシース加工して焼結す
るには１５００Ｋ以上の工業状不利な高温が必要であ
る。
・Ａｌ系金属材料は通常そのままでは超伝導性を有しな
い。それを本発明の方法によって高温から急冷すること
により、３：１の化学量論比組成が保たれて優れた超伝
導性が得られるようになる。しかし、上記本発明の製造
方法によって得られたＡ２型金属間化合物は、そのまま
では加工性は良いが超伝導性が劣る。本発明で得られた
Ａ２型金属材料は９００Ｋ以上の比較的低い温度で短時
間の再加熱処理することによりＡ２型からＡ１５型の再
変態を行わせることができるので容易に超伝導性を改善
することができる。したがって、線材、テープ材（リボ
ン）などに加工後に所用の再加熱処理することによりＡ
２型からＡ１５型に再変態させて超伝導性に優れた線
材、テープ材（リボン）などの製造体が得られる。これ
に対して、Ａ１５型原料粉のままシース加工して焼結す
るには１５００Ｋ以上の工業状不利な高温が必要であ
る。
【００１８】また本発明の耐熱性を有する製造体は、前
記球状粉末を成形した後、焼結によりブロック体とした
Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末から製造されたことを
特徴とするものである。
記球状粉末を成形した後、焼結によりブロック体とした
Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末から製造されたことを
特徴とするものである。
【００１９】Ｎｂ・Ａｌ金属材料は高い耐熱性を有する
ので、原子力やガスタービンの部材などに使用すること
が研究されている。しかし融点が高いために溶製で精密
な鋳造は困難なために粉末成形されるが、溶製のままの
粉末は硬くて脆いために成形が困難で実用化が限られて
いた。
ので、原子力やガスタービンの部材などに使用すること
が研究されている。しかし融点が高いために溶製で精密
な鋳造は困難なために粉末成形されるが、溶製のままの
粉末は硬くて脆いために成形が困難で実用化が限られて
いた。
【００２０】本発明の方法により得られた球状粉末は成
形性が良いので、成型後焼結することにより複雑な製造
体が得られて、耐熱部材として用いることができる。
形性が良いので、成型後焼結することにより複雑な製造
体が得られて、耐熱部材として用いることができる。
【００２１】本発明のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末
の製造装置は、原料粉末粒子をその融点以上に加熱溶融
するようにプラズマフレームの加熱部が配設されたプラ
ズマトーチと、該プラズマフレームの加熱部に原料粉末
を供給する原料供給手段と、該プラズマフレームにより
加熱溶融された溶融粒子を急冷する急冷手段とを備えた
ことを特徴とするものである。
の製造装置は、原料粉末粒子をその融点以上に加熱溶融
するようにプラズマフレームの加熱部が配設されたプラ
ズマトーチと、該プラズマフレームの加熱部に原料粉末
を供給する原料供給手段と、該プラズマフレームにより
加熱溶融された溶融粒子を急冷する急冷手段とを備えた
ことを特徴とするものである。
【００２２】前記原料供給手段は、原料粉末を貯蔵する
原料ホッパーと、キャリアガスにより原料粉末を前記原
料ホッパーから原料供給ノズルに搬送する原料供給管
と、該原料供給管に連結され前記プラズマフレーム部に
開口した原料供給ノズルとを備え、前記急冷手段は、前
記プラズマにより溶融された溶融粒子をガス冷却により
急冷するように前記プラズマフレームの加熱部直下に開
口されたガス噴射する冷却ノズルを備えることが望まし
い。
原料ホッパーと、キャリアガスにより原料粉末を前記原
料ホッパーから原料供給ノズルに搬送する原料供給管
と、該原料供給管に連結され前記プラズマフレーム部に
開口した原料供給ノズルとを備え、前記急冷手段は、前
記プラズマにより溶融された溶融粒子をガス冷却により
急冷するように前記プラズマフレームの加熱部直下に開
口されたガス噴射する冷却ノズルを備えることが望まし
い。
【００２３】すなわち、上記構成にすることにより、連
続操業ができ、かつ成品粉末の粒径が自由に選択でき
る。また、ガス噴射する冷却ノズルにより急冷するよう
にすれば望ましい１０4 Ｋ／ｓ以上の冷却速度でクリー
ンな冷却ができる。
続操業ができ、かつ成品粉末の粒径が自由に選択でき
る。また、ガス噴射する冷却ノズルにより急冷するよう
にすれば望ましい１０4 Ｋ／ｓ以上の冷却速度でクリー
ンな冷却ができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の一実施形態
について具体的に説明する。図１は本発明のＮｂ・Ａｌ
系金属材料の球状粉末の製造装置の断面図である。
について具体的に説明する。図１は本発明のＮｂ・Ａｌ
系金属材料の球状粉末の製造装置の断面図である。
【００２５】まず図１に基づき本発明の製造装置の全体
の構成について説明する。本発明の製造装置はプラズマ
トーチ１１、原料供給手段２１、チャンバー３１及び急
冷手段４１により構成されている。
の構成について説明する。本発明の製造装置はプラズマ
トーチ１１、原料供給手段２１、チャンバー３１及び急
冷手段４１により構成されている。
【００２６】プラズマトーチ１１は水冷される二重管構
造の石英管１２の外周に高周波誘導コイル１７が巻か
れ、高周波電源４０から端子１７ａ及び１７ｂ介して高
周波電流が付加されるようになっている。石英管１２の
上部にはコアガス供給管１３、シースガス供給管１４が
設けられガスボンベ１５からＡｒガスが供給されるよう
になっている。これらのガス供給管の周囲はトーチヘッ
ド１６により水冷されるようになっている。石英管１２
の下部は水冷ジャケット１８に固定され、水冷ジャケッ
ト１８にはクーリンググガス供給管１９が設けられ、ガ
スボンベ１５からＡｒガスが供給される。
造の石英管１２の外周に高周波誘導コイル１７が巻か
れ、高周波電源４０から端子１７ａ及び１７ｂ介して高
周波電流が付加されるようになっている。石英管１２の
上部にはコアガス供給管１３、シースガス供給管１４が
設けられガスボンベ１５からＡｒガスが供給されるよう
になっている。これらのガス供給管の周囲はトーチヘッ
ド１６により水冷されるようになっている。石英管１２
の下部は水冷ジャケット１８に固定され、水冷ジャケッ
ト１８にはクーリンググガス供給管１９が設けられ、ガ
スボンベ１５からＡｒガスが供給される。
【００２７】供給手段２１は、原料ホッパー２２と原料
供給管２３と原料供給ノズル２４からなり、原料供給ノ
ズル２４の先端がプラズマフレーム１の吹き出し側に開
口されている。また、原料ホッパー２２には、クーリン
ググガス供給管１９から分岐されたキャリアガス管２０
が接続されている。
供給管２３と原料供給ノズル２４からなり、原料供給ノ
ズル２４の先端がプラズマフレーム１の吹き出し側に開
口されている。また、原料ホッパー２２には、クーリン
ググガス供給管１９から分岐されたキャリアガス管２０
が接続されている。
【００２８】冷却手段４１はガスボンベ１５に接続され
た冷却ガス供給管４３とこれに接続された冷却ガスノズ
ル４２からなり、冷却ガスノズル４２の先端は前記のプ
ラズマフレームの直下の加熱溶融された溶融粒子をガス
冷却する位置に開口されている。
た冷却ガス供給管４３とこれに接続された冷却ガスノズ
ル４２からなり、冷却ガスノズル４２の先端は前記のプ
ラズマフレームの直下の加熱溶融された溶融粒子をガス
冷却する位置に開口されている。
【００２９】チャンバー３１は円筒箱型をなし、円筒部
３２の上蓋３４にプラズマトーチ１１の下部の水冷ジャ
ケット１８が固定されプラズマトーチ１１が上蓋３４の
上に搭載されるようになっている。円筒部３２の下部は
開口されて回収容器３３に接続されている。チャンバー
３１内のガスは、円筒部３２の側面に接続されたサイク
ロン３５、フィルタ３６、エアポンプ３７により排気さ
れるようになっている。
３２の上蓋３４にプラズマトーチ１１の下部の水冷ジャ
ケット１８が固定されプラズマトーチ１１が上蓋３４の
上に搭載されるようになっている。円筒部３２の下部は
開口されて回収容器３３に接続されている。チャンバー
３１内のガスは、円筒部３２の側面に接続されたサイク
ロン３５、フィルタ３６、エアポンプ３７により排気さ
れるようになっている。
【００３０】上記の構成の製造装置の動作について以下
に説明する。まず、プラズマトーチ１１のコアガス供給
管１３、シースガス供給管１４からＡｒガスを流入しな
がら高周波誘導コイル１７に高周波電力を掛けると、石
英管１２内に図の鎖線で示すプラズマ１が発生し石英管
１２の下部側から噴出する。
に説明する。まず、プラズマトーチ１１のコアガス供給
管１３、シースガス供給管１４からＡｒガスを流入しな
がら高周波誘導コイル１７に高周波電力を掛けると、石
英管１２内に図の鎖線で示すプラズマ１が発生し石英管
１２の下部側から噴出する。
【００３１】次に、キャリアガス供給管２０のＡｒガス
により原料ホッパー２２の原料粉末３を原料供給管２３
を介して原料供給ノズル２４からプラズマフレームの加
熱部２に供給する。プラズマフレームはその加熱部が原
料粉末をその融点以上の温度に加熱するように設定され
ているので、原料粉末は粉末のまま加熱溶融されて溶融
粒子がチャンバー３１内に落下する。
により原料ホッパー２２の原料粉末３を原料供給管２３
を介して原料供給ノズル２４からプラズマフレームの加
熱部２に供給する。プラズマフレームはその加熱部が原
料粉末をその融点以上の温度に加熱するように設定され
ているので、原料粉末は粉末のまま加熱溶融されて溶融
粒子がチャンバー３１内に落下する。
【００３２】このとき、冷却ガス供給管４３から供給さ
れるＡｒガスが冷却ガスノズル４２の先端から噴出し
て、プラズマフレームにより加熱溶融された溶融粒子が
ガス冷却により急冷される。このとき、冷却速度が１０
4 Ｋ／ｓ以上になるようにガス噴射される。これにによ
り、粉末は溶融により球状化するとともに、Ａ１５型で
あった原料粉末は急冷効果によりｂｃｃ体心立方構造の
Ａ２型の球状粒子に変態する。
れるＡｒガスが冷却ガスノズル４２の先端から噴出し
て、プラズマフレームにより加熱溶融された溶融粒子が
ガス冷却により急冷される。このとき、冷却速度が１０
4 Ｋ／ｓ以上になるようにガス噴射される。これにによ
り、粉末は溶融により球状化するとともに、Ａ１５型で
あった原料粉末は急冷効果によりｂｃｃ体心立方構造の
Ａ２型の球状粒子に変態する。
【００３３】上記により溶融急冷されてＡ２型に変態し
た成品粉末４はチャンバー３１内に落下して回収容器３
３に収容される。
た成品粉末４はチャンバー３１内に落下して回収容器３
３に収容される。
【００３４】このように、本発明の製造方法および製造
装置によれば、原料粉末の粉砕粒度を選択することによ
り任意の粒度が選択でき、自由に５０μｍ以下の微細な
成品粉末が得られる。また、原料ホッパーと回収容器を
切り換えるようにしておけば連続操業が容易である。
装置によれば、原料粉末の粉砕粒度を選択することによ
り任意の粒度が選択でき、自由に５０μｍ以下の微細な
成品粉末が得られる。また、原料ホッパーと回収容器を
切り換えるようにしておけば連続操業が容易である。
【００３５】
【実施例】上記図１に示す構成の製造装置を使用して以
下の実験を行った。 ａ．金属ＮｂとＡｌをＡｌ量が１２ｗｔ．％になるよう
にしてアーク溶解法により溶解し、Ｎｂ3 Ａｌのインゴ
ットを作成した。 ｂ．このインゴットをボールミルで粉砕して、最大径５
０μｍ以下のＮｂ3 Ａｌの原料粉末を得た。 ｃ．この原料粉末を原料ホッパー２２に装入し、１３．
５ＭＨｚ，Ｅｐ＝９．７５ｋＶ，Ｉｐ＝１．２Ａ，Ｉｇ
＝０．４Ａのプラズマ条件で加熱し、Ａｒガス噴射によ
り急冷し、成品粉末を得た。 ｄ．また、この成品粉末を１１２３Ｋ×３．６ｋｓの加
熱処理をして熱処理粉末を作成した。
下の実験を行った。 ａ．金属ＮｂとＡｌをＡｌ量が１２ｗｔ．％になるよう
にしてアーク溶解法により溶解し、Ｎｂ3 Ａｌのインゴ
ットを作成した。 ｂ．このインゴットをボールミルで粉砕して、最大径５
０μｍ以下のＮｂ3 Ａｌの原料粉末を得た。 ｃ．この原料粉末を原料ホッパー２２に装入し、１３．
５ＭＨｚ，Ｅｐ＝９．７５ｋＶ，Ｉｐ＝１．２Ａ，Ｉｇ
＝０．４Ａのプラズマ条件で加熱し、Ａｒガス噴射によ
り急冷し、成品粉末を得た。 ｄ．また、この成品粉末を１１２３Ｋ×３．６ｋｓの加
熱処理をして熱処理粉末を作成した。
【００３６】上記原料粉末、成品粉末、および熱処理粉
末について、それぞれＸ線解析を行った。図２〜図４に
そのＸＲＤ図形を示す。図２の原料粉末はＡｌの蒸発を
見込んでＡｌを多くしてあるので、Ｎｂ2 Ａｌ＋Ａ１５
型Ｎｂ3 Ａｌであるが、図のＸＲＤ図形から判るように
図３の溶融急冷処理した成品粉末はＡ２型に相変態して
いることが判る。また、図４の再加熱処理した熱処理粉
末では再びＡ１５型に相変態していることが認められ
る。
末について、それぞれＸ線解析を行った。図２〜図４に
そのＸＲＤ図形を示す。図２の原料粉末はＡｌの蒸発を
見込んでＡｌを多くしてあるので、Ｎｂ2 Ａｌ＋Ａ１５
型Ｎｂ3 Ａｌであるが、図のＸＲＤ図形から判るように
図３の溶融急冷処理した成品粉末はＡ２型に相変態して
いることが判る。また、図４の再加熱処理した熱処理粉
末では再びＡ１５型に相変態していることが認められ
る。
【００３７】上記の原料粉末、成品粉末、および熱処理
粉末を、それぞれプレス加工により５００Ｍｐａの圧力
をかけて１０ｍｍφ×１ｍｍｔのペレットに成形した。
粉末を、それぞれプレス加工により５００Ｍｐａの圧力
をかけて１０ｍｍφ×１ｍｍｔのペレットに成形した。
【００３８】図５〜図７に、それぞれ原料粉末、成品粉
末、および熱処理粉末のペレットの断面をＳＥＭで観察
した結果を写真で示す。
末、および熱処理粉末のペレットの断面をＳＥＭで観察
した結果を写真で示す。
【００３９】図５の原料粉末のペレットでは、粉末が破
砕されたまま球状化されていないために見にくいが、粒
体に割れの亀裂が多く認められる。これに対して図６の
成品粉末のペレットでは粒体には全く亀裂は認められず
加工性が向上したことが認められる。また、図７の熱処
理粉末のペレットでは粒体の縁に多数の亀裂が認めら
れ、プレス加工により粒子が割れたことが判る。
砕されたまま球状化されていないために見にくいが、粒
体に割れの亀裂が多く認められる。これに対して図６の
成品粉末のペレットでは粒体には全く亀裂は認められず
加工性が向上したことが認められる。また、図７の熱処
理粉末のペレットでは粒体の縁に多数の亀裂が認めら
れ、プレス加工により粒子が割れたことが判る。
【００４０】上記の結果から、原料粉末およびＡ１５型
に変態した熱処理粉末は加工性が悪いため加工により割
れるが、本発明の溶融急冷処理されたＡ２型の成品粉末
は割れもなく加工性が向上していることが判った。
に変態した熱処理粉末は加工性が悪いため加工により割
れるが、本発明の溶融急冷処理されたＡ２型の成品粉末
は割れもなく加工性が向上していることが判った。
【００４１】次に上記成品粉末を使用して超伝導特性評
価用のテープ材（リボン）を下記の条件で製造した。
価用のテープ材（リボン）を下記の条件で製造した。
【００４２】 ａ．内径５ｍｍφ、外径８ｍｍφのＴａのシースに成品
粉末を充填し、 ｂ．溝ロールを使用して２．４ｍｍ角に加工し、 ｃ．８７３Ｋ×１ｈｒの焼きなましを行い、 ｄ．平ロールにより０．６３ｍｍｔのテープ状に加工し
た。
粉末を充填し、 ｂ．溝ロールを使用して２．４ｍｍ角に加工し、 ｃ．８７３Ｋ×１ｈｒの焼きなましを行い、 ｄ．平ロールにより０．６３ｍｍｔのテープ状に加工し
た。
【００４３】上記のテープを４．２Ｋの液体Ｈｅ中で１
０テスラの磁界の下で４×１０4 Ａ／ｃｍ2 の臨界電流
密度Ｊｃが得られた。すなわち、本発明の製造方法によ
るＡ２型のＮｂ・Ａｌ系金属材料の粉末は再加熱処理す
ることにより、超伝導体の実用化するのに必要とされて
いる上記条件で２×１０4 Ａ／ｃｍ2 の臨界電流密度Ｊ
ｃの値を十分満足させられることが判った。
０テスラの磁界の下で４×１０4 Ａ／ｃｍ2 の臨界電流
密度Ｊｃが得られた。すなわち、本発明の製造方法によ
るＡ２型のＮｂ・Ａｌ系金属材料の粉末は再加熱処理す
ることにより、超伝導体の実用化するのに必要とされて
いる上記条件で２×１０4 Ａ／ｃｍ2 の臨界電流密度Ｊ
ｃの値を十分満足させられることが判った。
【００４４】また、上記成品粉末を使用して１０ｍｍ×
１０ｍｍ×１０ｍｍの立方体をプレス成形し焼結した結
果、所用の成形性と焼結強度が得られることが判った。
１０ｍｍ×１０ｍｍの立方体をプレス成形し焼結した結
果、所用の成形性と焼結強度が得られることが判った。
【００４５】以上述べたように、本発明の実施形態のＮ
ｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造方法および製
造装置によれば、加工性の良いＡ２型のＮｂ・Ａｌ系金
属材料が得られて、線材、テープ材（リボン）などに加
工が容易になり、その加工後に前記の加熱処理を行えば
超伝導性が回復するので高い超伝導性のテープ材（リボ
ン）などが得られることが判った。
ｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造方法および製
造装置によれば、加工性の良いＡ２型のＮｂ・Ａｌ系金
属材料が得られて、線材、テープ材（リボン）などに加
工が容易になり、その加工後に前記の加熱処理を行えば
超伝導性が回復するので高い超伝導性のテープ材（リボ
ン）などが得られることが判った。
【００４６】また、原料粉末の粒度を選択することによ
り、得られるＡ２型のＮｂ・Ａｌ系金属材料の粉末の粒
度を任意に変えられるので、成形性の良い微粒子の粉末
が得れる。この球状粉末を成形体にして焼結することに
より、耐熱部品などを容易に製造できることが判った。
り、得られるＡ２型のＮｂ・Ａｌ系金属材料の粉末の粒
度を任意に変えられるので、成形性の良い微粒子の粉末
が得れる。この球状粉末を成形体にして焼結することに
より、耐熱部品などを容易に製造できることが判った。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＮｂ・Ａ
ｌ系金属材料の球状粉末とその製造方法および製造装置
によれば、連続的に成形性の良いＡ２型のＮｂ・Ａｌ系
金属材料の粉末を得ることができるので、線材、テープ
材（リボン）などの量産加工が容易になり、加工後に再
加熱処理して超伝導特性を改善することにより超伝導体
の線材などが得られる。これにより、従来より高性能の
超伝導マグネットなどが実用化できる。また、Ｎｂ・Ａ
ｌ系金属材料の粉末成形の耐熱部品への応用の道が開け
た。
ｌ系金属材料の球状粉末とその製造方法および製造装置
によれば、連続的に成形性の良いＡ２型のＮｂ・Ａｌ系
金属材料の粉末を得ることができるので、線材、テープ
材（リボン）などの量産加工が容易になり、加工後に再
加熱処理して超伝導特性を改善することにより超伝導体
の線材などが得られる。これにより、従来より高性能の
超伝導マグネットなどが実用化できる。また、Ｎｂ・Ａ
ｌ系金属材料の粉末成形の耐熱部品への応用の道が開け
た。
【図１】本発明実施形態のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状
粉末の製造装置の断面図である。
粉末の製造装置の断面図である。
【図２】本発明実施形態の原料粉末のＸ線解析のＸＲＤ
図形である。
図形である。
【図３】本発明実施形態の成品粉末のＸ線解析のＸＲＤ
図形である。
図形である。
【図４】本発明実施形態の熱処理粉末のＸ線解析のＸＲ
Ｄ図形である。
Ｄ図形である。
【図５】本発明実施形態の原料粉末ペレットの断面をＳ
ＥＭ観察した写真である。
ＥＭ観察した写真である。
【図６】本発明実施形態の成品粉末ペレットの断面をＳ
ＥＭ観察した写真である。
ＥＭ観察した写真である。
【図７】本発明実施形態の熱処理粉末ペレットの断面を
ＳＥＭ観察した写真である。
ＳＥＭ観察した写真である。
１ プラズマフレーム ２ プラズマフレームの加熱部 ３ 原料粉末 ４ 成品粉末 １１ プラズマトーチ １２ 石英管 １３ コアガス供給管 １４ シースガス供給管 １５ ガスボンベ １６ トーチヘッド １７ 高周波誘導コイル １８ 水冷ジャケット １９ クーリングガス供給管 ２０ キャリアガス管 ２１ 原料供給手段 ２２ 原料ホッパー ２３ 原料供給管 ２４ 原料供給ノズル ３１ チャンバー ３２ 円筒部 ３３ 回収容器 ３４ 上蓋 ３５ サイクロン ３６ フィルタ ３７ エアポンプ ４０ 高周波電源 ４１ 急冷手段 ４２ 冷却ガスノズル ４３ 冷却ガス供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横田 誠二 神奈川県平塚市田村5893高周波熱錬株式会 社内 (72)発明者 川嵜 一博 神奈川県平塚市田村5893高周波熱錬株式会 社内 (72)発明者 宇田 雅廣 神奈川県平塚市田村5893高周波熱錬株式会 社内 (72)発明者 太刀川 恭治 東京都世田谷区成城３丁目13番29号
Claims (11)
- 【請求項１】 Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の粉末を原料とし
て、該原料粉末の粒子をプラズマフレームにより加熱し
て溶融し、該溶融粒子を急冷して得られたＡ２型体心立
方構造を有する固溶体の球状粒子であることを特徴とす
るＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末。 - 【請求項２】 前記原料粉末は、Ｎｂ・Ａｌ系金属材料
を粉砕して作成された粉末であることを特徴とする請求
項１に記載のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末。 - 【請求項３】 前記溶融粒子の急冷は、１０4 Ｋ／ｓ以
上の冷却速度で行われることを特徴とする請求項１また
は２に記載のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末。 - 【請求項４】 前記Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末
は、Ａｌ量が７〜１４ｗｔ％であることを特徴とする請
求項１から３のいずれかに記載のＮｂ・Ａｌ系金属材料
の球状粉末。 - 【請求項５】 前記Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末
は、Ｎｂ3 （Ａｌ1-x，Ｍx ）のｘ＝０．０１〜０．５
で、Ｍ＝（Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｉｎのうち１または２以
上の元素）からなることを特徴とする請求項１から３の
いずれかに記載のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末。 - 【請求項６】 前記球状粉末の粒径が３００μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載
のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末。 - 【請求項７】 前記球状粉末を成形した後、冷間または
温間加工後に９００Ｋ以上の温度で加熱処理してなる請
求項１から６のいずれかに記載のＮｂ・Ａｌ系金属材料
の球状粉末から製造されたことを特徴とする超伝導性に
優れた製造体。 - 【請求項８】 前記球状粉末を成形した後、焼結により
ブロック体とした請求項１から６のいずれかに記載のＮ
ｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末から製造されたことを特
徴とする耐熱性を有する製造体。 - 【請求項９】 Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の粉末を原料とし
て、該原料粉末の粒子をプラズマフレームにより加熱し
て溶融し、該溶融粒子を急冷してＡ２型体心立方構造を
有する固溶体の球状粒子を得ることを特徴とするＮｂ・
Ａｌ系金属材料の球状粉末の製造方法。 - 【請求項１０】 原料粉末粒子をその融点以上に加熱溶
融するようにプラズマフレームの加熱部が配設されたプ
ラズマトーチと、該プラズマフレームの加熱部に原料粉
末を供給する原料供給手段と、該プラズマフレームによ
り加熱溶融された溶融粒子を急冷する急冷手段とを備え
たことを特徴とするＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末の
製造装置。 - 【請求項１１】 前記原料供給手段は、原料粉末を貯蔵
する原料ホッパーと、キャリアガスにより原料粉末を前
記原料ホッパーから原料供給ノズルに搬送する原料供給
管と、該原料供給管に連結され前記プラズマフレーム部
に開口した原料供給ノズルとを備え、前記急冷手段は、
前記プラズマにより溶融された溶融粒子をガス冷却によ
り急冷するように前記プラズマフレームの加熱部直下に
開口されたガス噴射する冷却ノズルを備えたことを特徴
とする請求項１０に記載のＮｂ・Ａｌ系金属材料の球状
粉末の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09515298A JP3893729B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09515298A JP3893729B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11269511A true JPH11269511A (ja) | 1999-10-05 |
| JP3893729B2 JP3893729B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
ID=14129830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09515298A Expired - Fee Related JP3893729B2 (ja) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造体の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3893729B2 (ja) |
Cited By (16)
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|---|---|---|---|---|
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| SG111177A1 (en) * | 2004-02-28 | 2005-05-30 | Wira Kurnia | Fine particle powder production |
| KR100497640B1 (ko) * | 2002-10-23 | 2005-07-01 | 주식회사제4기한국 | 플라즈마 토치를 이용한 금속 및 금속간화합물의 섬유 및박판제조장치 |
| JP4488651B2 (ja) * | 2001-05-23 | 2010-06-23 | 高周波熱錬株式会社 | 熱プラズマによるセラミック又は金属の球状粉末の製造方法および装置 |
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| CN105689728A (zh) * | 2016-02-16 | 2016-06-22 | 连云港倍特超微粉有限公司 | 一种生产3d打印用金属合金球形粉体的装置及其方法 |
| CN106623981A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-05-10 | 九江波德新材料研究有限公司 | 一种利用等离子分解制备一氧化铌与铌粉混合物的方法 |
| CN107983965A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-04 | 宝鸡市博信金属材料有限公司 | 高温等离子气雾化超细球形金属粉末制备方法及装备 |
| CN108608002A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-10-02 | 王海军 | 一种利用高能高速等离子焰流球化粉末的装置及方法 |
| CN108620597A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-10-09 | 宝鸡市新福泉机械科技发展有限责任公司 | 一种高能等离子焰流制备球形粉末的装置和方法 |
| CN109847675A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-07 | 武汉天和技术股份有限公司 | 一种等离子粉末制备装置 |
| CN110216294A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-10 | 苏州猛犸新材料科技有限公司 | 一种Ni-Ti-Y多元复合金属微粉的制备方法 |
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| CN114540690A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-27 | 福建师范大学 | 一种制备高性能Nb3(Al，Ge) 超导体的方法 |
| CN115430947A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-06 | 郑州机械研究所有限公司 | 颗粒状药皮钎料制备设备及制备方法 |
-
1998
- 1998-03-25 JP JP09515298A patent/JP3893729B2/ja not_active Expired - Fee Related
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