JPH0644990B2 - 複合微粉体材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微粉体を流動化し、完全ドライプロセスで、
第二成分を気相反応法(Chemical Vapor Deposition, CV
D)によって当該微粉体上に析出させ、極めて均質な複合
超微粉体を連続的に作製する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、複数の超微粉体を均一に混合して、複合微粉体材
料を作製しようとする場合は、予め別々に作製した微粉
体を、振動ボールミルなどによって強力なエネルギーを
加えて混合するのが通常である。乳鉢で混ぜ合わせたく
らいでは、超微粉体は全く混合しない。振動ボールミル
のような高エネルギー混合器は、混合器自身も粉砕され
て行くので、微粉体の汚染を避けることができない。

また、微粉体を焼結成型する場合は、微粉体単味で焼結
することはほとんどなく、焼結助剤を添加することが多
い。通常は、微粉体を助剤を溶解した溶液中に浸せきし
た後に乾燥する。しかし、超微粉体を乾燥する際には、
溶液の偏在が生じ、均一に助剤が混合することは困難で
ある。

特開昭63-55112号公報には、超短波によって加熱される
流動床反応器にて、高純度シリコン粒子状にシラン、2
塩化シラン、3塩化シラン、3臭化シランのシリコン含有
ガスの熱分解又は水素還元反応による化学蒸着によって
シリコンを析出する高純度多結晶シリコンの製造方法及
びその装置が記載されている。上記公報は、流動層CVD
(気相反応法)によるシリコン製造方法に関するものであ
り、複合微粉体材料に関するものではない。

特開昭63-216904号公報には、磁性を有する芯部と、こ
の芯部を被覆する被覆層とを有し、被覆層がTi並びにN
及び／もしくはCを含有するか、またはAl及びNを含有す
る磁性粒子及びその製造方法が記載されている。上記公
報では、芯部に振動を与えながら、プラズマCVD法によ
り被覆層を設層する方法で磁性粒子を製造している。

この特開昭63-216904号公報は、複合微粉体材料とし
て、粒子表面にCVDによって他の物質を析出させ改質す
るものである。すなわち、第2図に示すように、物質Aの
表面にCVDにより物質Bを被覆するものである。したがっ
て、作製された物質は、力学的にはAであっても、化学
的にはBの性状になるといった表面の改質方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、30〜40μｍよりも小さな粒子径を持つ粉体は、
流動化がきわめて困難であるとされている。

本発明者は、微粉体の流動化について種々の研究・実験
を重ねた結果、粒径10μｍ以下の粒子が、特別の振動、
撹拌を加えなくとも、ガス流速を数cm/s以上にすれば、
十分に流動化できることを知見した。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、複合微粉体
材料に使用する超微粉を流動化し、この流動層内に混合
しようとする第二成分を気体で投入して、気相反応法(C
hemical Vapor Deposition)によって、流動媒体である
超微粉粒子上に析出させて極めて均質な複合体を製造す
る方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕

上記の目的を達成するために、本発明の複合微粉体材料
の製造方法は、第一の微粉体を流動化させて流動層を形
成し、この流動層内に第二の微粉体を気体状で吹き込ん
で、第一の微粉体上の一部に第二の微粉体を析出させ、
均質な複合微粉体を作製するようにしたものである。

第一の微粉体は、常圧近傍で流動化するのが望ましい。

また、第一の微粉体より大きい粗大粒子を流動層に加え
て流動層中で流動化させる場合がある。

さらに、流動層に振動または撹拌を加える場合がある。

流動層中の微粉体は、複数個が会合してアグロメレート
を形成している。反応条件を調整すれば、アグロメレー
トの表面のみでなく、アグロメレート内部、すなわち個
々の第一の粒子の表面に均一に析出させることができ
る。直径1〜20mmの粗大粒子を流動層中で流動化し、こ
れによって超微粉体の流動化を維持する場合、または流
動層に振動あるいは撹拌を加える場合には、アグロメレ
ートが生成せずに、微粉体が分散して流動化することが
あるが、当然、この場合にも、第二成分の均一な析出が
得られる。

以下、本発明の方法を第1図に基づいて詳細に説明す
る。希釈用窒素は窒素ボンベ１の止弁２を通り、圧力制
御装置３で圧力が制御され、マノメーター４で流量が測
定される。酸素吸収装置５で酸素が取り除かれ、脱水装
置６、７で水分が除かれる。この窒素ラインは二系列あ
り、一方の窒素は、アンモニアボンベ８からのアンモニ
アと混合されて、圧力制御装置１０で圧力が制御され、
止弁１１を通り、マノメーター１２で流量を計測し、脱
水装置１３で脱水した後、ノズル１４から流動層１５内
に投入される。

別の系列の窒素は、塩化チタン(TiCl₄)蒸発装置１６に
送られ、塩化チタンガスを希釈した後、流動層１５内に
吹き込まれる。

流動層１５は、たとえば微粉の窒化珪素で形成されてお
り、流動層内に析出した窒化チタンと混合され、飛び出
し、フィルター１７にて捕集されて製品とされる。１
８、２０は温度計、２１は充填床(ガス分散器)、２２は
ヒーター、２３はアンモニアおよび塩化チタンの吸収装
置である。

本発明は、物質Aと物質Bとの単なる混合方法を示してい
るものであり、物質表面へのCVD析出を目的としている
わけではない。

物質Aと物質Bの微粉を機械的に混合すると、粒度が小さ
いので、第3図に示すように均一にはならない。

そこで、物質A又は物質Bを流動化させて他の物質B又はA
をCVDで析出させると、第4図のようになる。すなわち、
１つの粒子毎に物質Aと物質Bとが存在し、全体としては
物質Aと物質Bとを均一に混合したものとなる。CVDによ
る析出は、なにも粒子表面を均一にコーチングする必要
はなく、したがって改質する必要もなく、ただ、Aとい
う物質とBという物質とが均一に混合すればよいだけで
ある。本発明では、上記のことが可能である。

〔実施例〕

つぎに実施例を挙げて説明する。

実施例1 本実施例は、窒化珪素微粉体上へ窒化チタンを析出させ
る場合の方法に関するものである。窒化珪素は優れた高
温材料であるが、電気伝導度がないために、放電加工が
できない。そこで、窒化珪素に、電気伝導性を有する窒
化チタンを混合して焼結すれば、放電加工が可能な窒化
珪素が得られる。従来は、窒化珪素微粉体と窒化チタン
微粉体とを混合していたので、放電加工可能な電気伝導
度を得るためには20wt％程度の窒化チタン混合する必要
があった。

第1図における酸素吸収装置５として、活性化銅を充填
した槽を用いて脱酸素し、脱水装置６(シリカゲルを充
填した槽)および脱水装置７(ドライアイストラップ)を
用いて脱水した窒素でアンモニアを希釈し、ノズル１４
から内径35mmの流動層１５内に吹き込んだ。塩化チタン
容器を恒温槽内に保った塩化チタン蒸発装置１６に、前
記の脱酸素、脱水した窒素を通過させて一定量の塩化チ
タンを蒸発させ、アンモニアとは別の入口から流動層１
５内に吹き込んだ。流動層１５内には、1100℃の温度
で、サブミクロンの窒化珪素微粉体を脱酸素、脱水した
常圧窒素で流動化しておいた。飛び出した粒子はろ紙を
用いたフイルター１７へ捕集した。塩化チタンの流量
は、流動層出口でガスを分析し、アンモニアの流量(測
定してある)を基に算出した。

得られた微粉体は、窒化珪素微粉体に窒化チタン微粉体
が混合したものであった。得られた窒化チタンの結晶子
径は、窒化チタンの析出量とともに増加し、反応温度の
増加とともに減少し、20〜100nmの範囲であった。Ｘ線
マイクロアナライザー、電子線回折、および透過電子顕
微鏡による測定の結果、窒化珪素と窒化チタンとの混合
は極めて均一であることが示された。この微粉体を1700
℃以上で窒素雰囲気で焼結して、電気伝導度を測定した
ところ、放電加工に十分適した焼結体が得られた。窒化
珪素と窒化チタン微粉体をおのおの製造した後に混合し
た場合は、実用的な電気伝導度となるためには、窒化チ
タンの量が約20wt％必要であるが、本例の方法では、そ
の半分以下に低下した。

なお、本実施例では、流動層の温度を500〜1200℃に保
つのが望ましい。

実施例2 本実施例は、アルミナとチタニアとの複合微粉体を製造
する方法に関するものである。サブミクロンのアルミナ
微粉体を、流動層１５内で乾燥した常圧空気で流動化
し、1200℃に保ち、塩化チタン蒸気を送入したところ、
アルミナとチタニアの混合超微粒子が得られた。Ｘ線回
折、Ｘ線マイクロアナライザー、電子顕微鏡などによる
測定結果、アルミナとチタニアとが均一に混合している
ことがわかった。反応後も流動状態は良好で、層の閉塞
などは起こらなかった。

なお、本実施例では、流動層の温度を800〜1300℃に保
つのが望ましい。

実施例3 本実施例は、媒体粒子を流動化した流動層でアルミナと
チタニアとの複合微粉体を製造する方法に関するもので
ある。

実施例2の系で、流動状態を向上させるために、直径1〜
5mmの範囲にある分級したアルミナ粒子を空気で流動化
し、その中にアルミナ微粉体を送入し、アルミナ粗粒子
とともに流動化した。流動状態は、アルミナ微粉体単味
の流動層よりも、さらに向上した。そこに塩化チタンを
送入してチタニア微粉体を析出させた。本実施例では、
アルミナとチタニア微粉体の混合度は、実施例2よりも
さらに向上したが、微粉体の飛び出しが多くなった。し
かし、気相反応法(Chemical Vapor Deposition)で析出
させるべき第二成分の量が少なくてもよい場合には、反
応は十分速やかに起こるので、飛び出しがあっても操作
の阻害にはならなかった。さらに、連続的にアルミナ超
微粉体を流動層内に供給し、連続的に飛び出せることに
より、アルミナ・チタニア混合微粉体を連続して生産で
きた。

本発明の実施例では、振動あるいは撹拌を加えない流動
層を用いているが、振動、撹拌などの機械的エネルギー
を加えた流動層を用いてもよい。いずれにしても、微粉
体が運動した状態で常圧近傍の気体と接触し、気相反応
法によって、第二成分をドライプロセスで添加すること
を特徴とするものである。粉体は連続的に供給あるいは
排出することができるが、仕込んだ粉体を回分式あるい
は半回分式に処理してもよい。

上記の実施例は一例であって、これがすべてではない。
本発明は、粉体を何等かの方法により常圧またはそれに
近い圧力下で流動化し、気相反応法により、ドライプロ
セスで複合粉体を製造し、あるいは粉体の表面を修飾す
る方法を包含するものである。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、従来、不可
能であった超微粉同士の混合を気相内で行うことがで
き、しかも混合の均一性は極めて高く、第一の微粉体上
の一部に第二の微粉体が析出した、品質の優れた複合微
粉体材料を製造することができる。また溶剤の使用は不
必要になり、かつ乾燥過程も不必要になるなどの効果を
有している。

【図面の簡単な説明】

第1図は本発明の複合微粉体材料の製造方法を実施する
装置の一例を示すフローシート、第2図は従来方法を示
し、複合微粉体材料として粒子表面にCVDにより他の物
質を析出させ改質する場合の概念図、第3図は従来方法
を示し、AとBの微粉を機械的に混合した場合の概念図、
第4図は本発明の方法を示し、物質A又は物質Bを流動化
させて他の物質B又はAをCVDで析出させた場合の概念図
である。 １……窒素ボンベ、２、１１……止弁、３、１０……圧
力制御装置、４、１２……マノメーター、５……酸素吸
収装置、６、７、１３……脱水装置、８……アンモニア
ボンベ、１４……ノズル、１５……流動層、１６……塩
化チタン蒸発装置、１７……フィルター、１８、２０…
…温度計、２１……充填床、２２……ヒーター、２３…
…アンモニアおよび塩化チタンの吸収装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の微粉体を流動化させて流動層を形成
   し、この流動層内に第二の微粉体を気体状で吹き込ん
   で、第一の微粉体上の一部に第二の微粉体を析出させ、
   均質な複合微粉体を作製することを特徴とする複合微粉
   体材料の製造方法。
2. 【請求項２】第一の微粉体より大きい粗大粒子を流動層
   に加えて流動層中で流動化させる請求項1記載の複合微
   粉体材料の製造方法。
3. 【請求項３】流動層に振動または撹拌を加える請求項1
   記載の複合微粉体材料の製造方法。