專利名稱：金屬粉末的制造方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明金屬元素的純度很高，而且粉末形狀及粒度和將均一的金屬粉末有效率的制造方法及裝置有關(guān)。
而且，本發(fā)明跟上面的金屬粉末鈦、鋯、鍺、錫、金、鉑、銀，特別是和鈦粉末的制造有關(guān)。
背景技術(shù)：
金屬元素的原料，特別是高純度的金屬元素的粉末成形品、按照板材、棒狀、細線、金屬材料的用途，加工成多種的形態(tài)。
最近，在粉末冶金法及溶射法的成形領(lǐng)域上，使用作為成形原料的高純度金屬粉末被注目。粉末冶金法，機械零件的制造等應(yīng)用面廣泛的受到重視，而且作為開始原料的金屬粉末的需要也大增。
以往，在金屬粉末的制造上，將金屬粒機械式的直接粉碎成粉末，古典的方法極融化金屬，在粉末形狀及粒度的均一性或是經(jīng)濟性上有困難之處。
在金屬粉末制造較新的方法上，電解制造法也為人所知。借此方法，在析出平滑細致且均一的組織結(jié)晶的電解條件范圍外，若進行金屬的析出，可得到海綿狀及粉末狀的金屬。但是，借此眾所周知的制造方法所得到的金屬粉末，純度當然是沒有問題，但在金屬的粉末形狀及粒度的均一性上卻無法獲得滿足，而且經(jīng)濟性的問題也未獲解決。
在金屬中，特別是鈦金屬，自古以來和鐵、銅、鋁等比較起來為較新的金屬，比較輕，在高溫中利用其優(yōu)良的強度及耐蝕性而在工業(yè)用途上多用。
例如，在飛機領(lǐng)域上，噴氣式發(fā)動機的材料、飛機的構(gòu)造零件、宇宙船零件、在火力發(fā)電及原子能發(fā)電上的熱交換器材料、在高分子化學工業(yè)上的觸媒材料、日用品范圍的眼鏡框、高爾夫俱樂部，再者，健康用品、醫(yī)療機器、或是醫(yī)科齒科材料等涉及多方面，在利用領(lǐng)域上更擴大其方向。今后，將在不銹鋼及飛機合金等用途上相競爭，可想而知現(xiàn)在其早已超越那些材料。
鈦金屬，由于其難以加工及難切割的物性，制造復雜形狀的機械零件的時候，作為原料使用分散材，實施熱度間鍛造及壓延的可塑性加工后，就不得不進行切削等的機械加工，制造工數(shù)及成本都會提高。
因此，在利用鈦金屬的時候，如同上述粉末冶金法被多用，于此，特別是純度高、粉末形狀及粒度的均一性良好的鈦粉末變的必要。以往的金屬通過一般的粉末制造法，即使制造鈦粉末，和其它的金屬一樣，在粉末形狀及粒度的均一性上有經(jīng)濟性的問題，現(xiàn)在，期待高純度、粉末形狀及粒度的均一性上更優(yōu)良的鈦粉末制造方法。
例如，作為鈦金屬粉末的改良制造方法，氫化脫氫法及回轉(zhuǎn)電極法被實用化，水素化脫水素法，將海綿鈦及分散材或是切削加工產(chǎn)生的碎屑當作原料，將此原料在氫的空氣中加熱，將氫氣吸收后脆化，然后粉碎，再在真空中加熱，放出氫氣得到粉末?；剞D(zhuǎn)電極法，從分散材或是將此分散材經(jīng)由鍛造和壓延等加工后的分散加工材以形成為丸棒狀的材料以作為原料，一面將此丸棒原料在氬及氦等非活性空氣中高速回轉(zhuǎn)，一面將其先端以電弧及等離子的電弧等的熱源分散，將流下的溶漿利用離心力使其飛散以得球狀粉末的方法。于此方法中，要控制分散的金屬黏土乃非常的困難。
用氫化脫氫法所得到的鈦粉末，球狀為不規(guī)則，有可能通過金型成形，重復兩次加熱工程是有必要的。通過球磨機也可以采取機械性的粉碎工程，因鈦粉末酸素的污染是無可避免的，而且，回轉(zhuǎn)電極法，將非活性空氣中溶解的鈦原料粉化，粉末的形狀因為為球狀所以流動性良好，雖然不會因酸素而產(chǎn)生污染，但欠缺成型個性化是缺點。再者，上面的兩方法由于都是間歇生產(chǎn)方式，尚有粉末制造成本增加的問題。
此種作為解決品質(zhì)上及制造成本的鈦粉末制造方法的霧化法乃被開發(fā)出來。此為在水冷銅坩堝中等使用等離子電弧熱源將原料分散，從坩堝中的一端將溶漿連續(xù)的往下流，在此溶漿里將氬及氦等非活性空氣噴射然后將溶漿霧化而得到粉末。但是，在此方法因為將鈦的分散材或是將分散加工材當作材料，和以前的方法比較起來將制造成本大幅降低是有困難的。
而且，要讓制造成本更低，也要避免由氧氣所造成的污染，容易成型及不規(guī)則的球狀或是將流動性改良的鈦粉末制造方法在特開平5-93213號在公報中所揭示出，此方法將海綿鈦以冷間靜水壓處理，將固化棒狀材料在非活性空氣中當作溶漿流，在此溶漿流以氬及氦將非活性空氣噴射后將溶漿霧化而得到粉末，即使借此方法，其純度及粉末的球狀形狀或是粉末粒度的一定性也不一定良好，制造成本控制也不一定能獲得滿足。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述粉末，特別是金屬鈦粉末，伴隨著粉末冶金法等新的成形加工法的進展，必要性及需要乃大為增加，以往對于要求能充分對應(yīng)的粉末制造法沒有被開發(fā)，特別是金屬元素的純度，粉末的球狀形狀及粉末粒度的均一性，特別是在制造成本也會有問題。
因此，本發(fā)明，為了粉末冶金法的成型手段的球狀形狀的粉末的均一性及粉末粒度的一定性上，供給制造優(yōu)異高純度的金屬元素的粉末原料變成一項課題。
本案的發(fā)明者們，在如鈦粉末等金屬元素粉末的制造上，為了解決金屬元素的純度，粉末的球狀形狀的均一性，粉末粒度的一定性及制造成本的問題，種種研究檢討后的結(jié)果，本發(fā)明者們在之前的專利申請(特愿2001-315446號)上，利用跟含有高機能水的制造有關(guān)的技術(shù)，可以解決上面的課題。
先前所開發(fā)的鈦含有高機能水制造的發(fā)明(特愿2001-315446號)，系有關(guān)于鈦金屬的電極和對極之間在等離子中放電產(chǎn)生的金屬離子蒸氣和水接觸，通過分散的鈦金屬跟超微分散高機能水的制造方法。本發(fā)明利用此技術(shù)，可得到高純度，粉末的球狀形狀及粉末粒度的均一性優(yōu)異的金屬元素粉末，特別是鈦金屬粉末，而且制造成本也可大幅降低。
本發(fā)明的方法及裝置，和以往的金屬粉末的制造方法及鈦粉末的制造，其想法或是構(gòu)成為完全的不同，基本上藉等離子區(qū)水中放電將鈦金屬元素微粒子化可得到沉在水中的金屬粉末，此手法適用鈦以外的金屬。所謂從來法是從完全不同的面將金屬粉末的制造方法及裝置改良。
亦即，本發(fā)明是由如下1至7所構(gòu)成，金屬元素的電極及對極間在等離子水中放電所產(chǎn)生的金屬離子蒸氣和水接觸使其成為粉末。
1.本發(fā)明其特征為金屬元素的電極和對極之間在等離子區(qū)水中放電將產(chǎn)生的金屬離子蒸氣和水接觸使其粉末化。
2.如上述構(gòu)成1所述的金屬粉末制造方法，其特征是金屬元素的原料，將鈦、鋯、鍺、錫、金、鉑或是銀。
3.本發(fā)明的裝置是由高電壓高電流放電用電源、金屬元素電極供給裝置、金屬元素和備有對極高壓放電發(fā)生裝置、水收容槽、往水收容槽的水供給口、產(chǎn)生金屬元素微粒子的分散水的排出口、排出泵浦及過濾裝置構(gòu)成。
4.如上述構(gòu)成3所述的金屬粉末制造裝置，其特征是作為金屬元素，使用從鈦、鋯、鍺、錫、金、鉑或是銀選取的金屬元素原料當作特征。
5.如上述構(gòu)成3或4所述的金屬粉末制造裝置，其特征是電極的金屬元素原料，棒狀、板狀或是線狀的材料。
6.如上述構(gòu)成3～5任一構(gòu)成所述的金屬粉末制造裝置，其特征是將一方的電極當作金屬元素，作為對極使用碳電極，通過震動或是折動該對的電極可以防止電極同士的溶著，由于瞬間等離子放電，以控制分散量。
7.如上述構(gòu)成3～6任一構(gòu)成所述的金屬粉末制造裝置，其特征是通過改變碳電極的徑及/或長度，可以容易的變更流向電路的電流值為特征。
本發(fā)明的方法及裝置，其效率非常好，可以制造金屬元素的粉末。而且，本發(fā)明目的為完全不會產(chǎn)生金屬以外的副生成物及不純物。藉金屬原料加熱后產(chǎn)生的金屬酸化物也非常少量，而且得到的金屬粉末的球狀形狀的均一性及粉末粒度的一定性也很優(yōu)良，制造成本也有可能大幅降低。而且也能批量生產(chǎn)及連續(xù)性生產(chǎn)，均一粒徑金屬粉末的大量生產(chǎn)的實用化也有可能，非常符合經(jīng)濟性。
在本發(fā)明的制造工程，在水中金屬元素的電極和對極之間使其等離子放電者，可得到金屬元素的離子蒸氣，蒸氣和水一接觸，在水中瞬間分散微粒子化，行成微粉末。亦即，等離子水中放電時的對極不使用同種的金屬，而且藉震動或是折動可以防止電極間的溶解，由于瞬間讓等離子放電可以很容易的控制分散量，而且由于藉改變碳之直徑及長度，可以很容易的變更流向電路的電流值，故無選擇電源之必要性。而且，與金屬同時分散的碳離子為無害，幾乎全部可用過濾裝置容易的除去，可以得到純度很高的金屬分散水。因此，于本發(fā)明中利用必要的電極以形成金屬元素的微粉末。
本發(fā)明的基本構(gòu)成，如同上述使用金屬元素的電極和碳等的對極，通過在等離子區(qū)水中放電產(chǎn)生的金屬離子蒸氣和水接觸，為制造均一粒徑的金屬粉末的方法，其制造工程的概略乃如圖1制造流程圖所示。
如圖1所示，先在鈦金屬粉末制造的水收容槽內(nèi)注入蒸餾水等的精制水。藉金屬元素的電極供給裝置將供給電極的鈦金屬棒和對極的碳素棒之間等離子區(qū)水中放電。通過水中放電產(chǎn)生的金屬元素離子蒸氣和水一接觸，瞬間在水中分散。此時，產(chǎn)生非常細微的鈦微粒子，變成粉末狀而分散，形成金屬元素的分散水。水中的金屬元素的微粉末，不會融化及浮游，在短時間沉降。將此過濾精制，可得到金屬元素的微粉末。得到的金屬元素的粉末，為高純度，粉末的球狀形狀為一定、粒度相同。


圖1為本發(fā)明的金屬粉末制造時的流程2為本發(fā)明金屬粉末制造的裝置1.等離子放電發(fā)生裝置2.高壓.高電流放電用電源3.電極震動或是折動裝置4.金屬元素電極供應(yīng)裝置6.金屬元素電極7.對極8.水供給口
9.金屬元素分散水排水口10.排水泵浦11.過濾裝置12.濾液13.金屬粉末14.水收容槽具體實施方式
以下以鈦金屬粉末的制造為例作說明，本發(fā)明并不限定于鈦金屬粉末的制造。
在本發(fā)明，可以實現(xiàn)效率非常好、高純度的鈦金屬粉末制造，因此，變成鈦金屬電極供給量的控制很重要。例如改變碳的直徑及長度，變更流向電路的電流值也是其中一個手段。
通過本發(fā)明的制造裝置，由于在水收容槽內(nèi)等離子的水中放電，有耐壓性的水收容槽是必要的。
而且，不使用與放電電極對同種的金屬而用碳作為對極使用，通過震動或是折動電極對可防止溶解附著、瞬間放電，以輕易控制分散量，再者，通過改變碳極的直徑及長度，可輕易變更流向電路的電流值，故無選擇電源的必要性。此時，和金屬元素同時分散的碳粒子為無害，幾乎所有可用過濾器容易的除去，得到高純度金屬元素的分散水。
而且，鈦金屬原料的電極，不論是棒狀、板狀材、或是線狀都可以使用。通過一噸規(guī)模的容器，或是較小規(guī)模的容器制造時，取代棒狀，以線狀的鈦金屬供給較適當。
使用本發(fā)明的制造裝置，為了制造金屬粉末，可使用的金屬元素原料除了鈦以外，還例舉了如鋯、鍺、錫、金、鉑或是銀等，不過并不一定局限在這些金屬中。
通過圖標，加以詳細說明本發(fā)明實施的情況，本發(fā)明并不僅限于此。
圖1，如同前述，系表示本發(fā)明金屬粉末的制造流程圖。
圖2，表示本發(fā)明的金屬粉末制造裝置，通過水收容槽14、金屬元素電極和對極等離子放電發(fā)生裝置1、通過金屬元素粉末的過濾裝置11所構(gòu)成。
在金屬粉末制造耐壓容器，高壓高電流放電用電源2，震動電極或是折動裝置3、供給金屬元素的電極裝置4、金屬元素電極6和其對極7、等離子放電發(fā)生裝置1等離子區(qū)放電發(fā)生裝置1、給水收容槽14的水供給口8、等離子水中放電后產(chǎn)生的金屬元素分散液的排出口9和排水泵浦10、從金屬元素分散液將金屬粉末分離過濾裝置被裝備。13表示生成的金屬粉末。
等離子放電發(fā)生裝置的設(shè)置在水收容槽內(nèi)注入精制水。
槽內(nèi)被浸漬的金屬元素鈦電極和其對極炭之間使等離子放電，在水中通過等離子放電發(fā)生鈦的離子蒸氣，此蒸氣和水接觸產(chǎn)生鈦金屬的分散液。
等離子放電之際，將電極浸動或是通過折動裝置3振動或是折動可以防止電極同士的溶解，由于出現(xiàn)瞬間的弧光可以容易的控制分散量。而且，由于鈦金屬電極逐次消費，連續(xù)的或是閑歇的電極供給裝置4，通過等離子水中放電的鈦材料，瞬間的被溶解在水中分散。
此時乃生成非常微小的鈦微粒子4，變成粉末狀而成分散的狀態(tài)，鈦金屬粉末不會融化及浮游，在短時間內(nèi)變成粉末而沉降、分離，通過過濾裝置11從鈦金屬粉末取出口9和濾液12分離變成鈦粉末13。在水收容槽先裝入1噸的水，鈦金屬棒消耗25千克之時，在水中得到若干量的鈦溶解的水，其它的作為鈦粉末在容器底部沉淀，鈦粉末的平均粒徑為10～30μm。
而且，得到的鈦粉末，完全沒有產(chǎn)生副生成物及不純物，鈦粉末的球狀形狀的均一性及粉末粒度的一定性非常優(yōu)異。
通過本方法及裝置，可以非常經(jīng)濟地得到均一粒徑的鈦金屬粉末。
產(chǎn)業(yè)上的利用性本發(fā)明，可以非常有效率的制造高純度的金屬粉末，特別是鈦粉末。若通過本發(fā)明的制造方法，完全沒有元素成分以外的副生成物及不純物的生成。得到的粉末的球狀形狀及粉末粒度的均一性非常優(yōu)異，而且由于裝置又小又有效率，制造成本可以大幅的降低。而且，也可以間歇生產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)及大量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的金屬粉末制造方法，其特征是，在高壓水中，金屬元素的電極和對極之間在等離子水中放電產(chǎn)生的金屬離子蒸氣和水接觸使其粉末化。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬粉末制造方法，其特征是，金屬元素原料乃為鈦、鋯、鍺、錫、金、鉑或是銀。
3.本發(fā)明的金屬粉末制造裝置，其特征是，由高電壓高電流放電用電源、金屬元素電極供給裝置、權(quán)利要求2記載的金屬元素和對極備有的高壓放電發(fā)生裝置、水收容槽、往水收容槽的水供給口、生成金屬元素微粒子的分散水的排出口、排水泵浦及過濾裝置所構(gòu)成之。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬粉末制造裝置，其特征是，作為一方的電極，使用從鈦、鋯、鍺、錫、金、鉑所選的金屬元素原料
5.如權(quán)利要求3或4所述的金屬粉末制造裝置，其特征是，電極的金屬元素原料，棒狀、板狀或是線狀的材料。
6.如權(quán)利要求3～5的任一所述的金屬粉末制造裝置，其特征是，作為對極，使用碳電極通過震動或是折動兩電極可以防止電極間的溶解附著，并瞬間使其等離子放電，以控制分散量。
7.如權(quán)利要求3～6的任一所述的金屬粉末制造裝置，其特征是，通過改變對極的碳電極的直徑及/或是長度，可以容易的變更流向電路的電流值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高純度，粉末形狀及粒度均一性的金屬粉末經(jīng)濟性制造方法及裝置。高壓高電流放電用電源、鈦金屬等的金屬電極供給裝置、鈦等的金屬電極和對極的高壓放電裝置、電極震動或是折動裝置水收容槽、水供給口、生成的鈦金屬等的金屬分散液的排出口和排水泵浦、從鈦金屬等金屬分散液分離鈦金屬的金屬粉末，通過回收裝置以制造鈦金屬等金屬粉末。
文檔編號B22F9/14GK1575215SQ0282089
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月29日
發(fā)明者平田好宏, 上田善雄, 高瀨浩明, 鈴木一彰 申請人:法依魯特株式會社