JPH0149769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は急速固化粒体の調製に関する。特に本
発明は遠心回転の液状の冷却流体に材料の溶融し
た流れを接触させてその溶融した流れを粒体に分
割し、該粒体を急速冷却し、次いで冷却流体から
冷却された固形粒体を回収する固体粒体製造方法
に関する。

ピー、ドウエツツ他（P.Duwez at al.）は「J.
Appl.Phys.31のp1136〜37（1960）」において、液
状合金の小さな滴を高速回転のシリンダの内面に
ある目標に対して、適度な角度をつけてその接触
する小滴に作用する遠心力で噴出させ大きな全体
熱交換速度で該目標と良好な熱接触を確実にし、
該金属滴を固化した材料の薄い層へ拡散させるこ
とを教示している。アール．ポンドジユニア他
（R.Pond、Jr、et at）は「Trans・Met.Soc.
AIME Vol.245のｐ・2475〜2476、Nov.1969」
において、溶融した合金の流れをオリフイスを通
して回転ドラムの内面へ圧送し、該ドラムの半径
方向の加速で良好な熱接触を導き、その接触して
いる溶触合金の流れを、完全に固化する前に平坦
なフイラメントへ拡散する金属フアイバの鋳造方
法を開示している。

ジエイ．テイ．ガウ（J.T.Gow）の米国特許第
2439772号では冷却液を入れて回転容器を使用し、
その回転により回転する液に環状垂直の壁が形成
され、その壁に対して概ね直角の軌跡で溶融され
た金属の小球体が投入され、該小球体はその壁に
はねられるよりもむしろ侵入している。この方法
では、ガウ（Gow）は、小球体が回転している
液の環状の垂直壁に投入される場合に、溶融材料
（例えば鋼）の流れを回転している皿状の受皿に
排出してその周囲から金属を投入する様にしてい
る。またガウ（Gow）は従来技術についての議
論において、流れの形の溶融金属を、その流れに
高圧蒸気あるいは水で衝撃することにより小球体
に分割する方法と、高速回転のドラムあるいはパ
ツドル輪で金属の流れを衝撃し、そこから小球体
を投げ出すか、打出す別の方法を述べている。

T.山口他（T.Yamaguchi et al.）は「Appl.
Phys.Leff.33(5)、1Sept.1978、P.468〜470」にお
いて溶融合金が一対の高速の水噴射の交差部分へ
導入される、水噴露技術による非晶質の粉末の調
製を教示している。ビ・ハーク（B.HaaK）は米
国特許第1782038号において、溶融金属を回転し
ているデイスク上に注入して、そのデイスクがそ
れから小滴を回転液体を入れた容器の壁に向けて
投入することにより塩を小滴に変換している。回
転液体の水位は撹拌機の高速回転とにより回転デ
イスクよりも高い。

ジー．アール．レゴーン（G.R.Leghorn）は米
国特許第3430680号で同じ方向に流れている液状
の冷却用モールド材料の体或いはそれ以上の流れ
と熱交換接触させて溶融金属の流れを流す、選定
した金属形状に対する鋳込方法を開示している。
連続鋳造するため液状モールド材料の流れと溶融
した鋳造金属の流れとは同調している。鋳造形材
料にテーパをつけたり、不連続の長さにしたりす
るために、溶融した鋳造材料と流れているモール
ド材料との境界面に剪断作用を発生させるために
モールド材料の流れをより速くさせるなどの異な
つた流速が用いられる。分離した滴や球状の鋳造
材の調製は例えばその第１７図に示す実施例およ
うに振動装置や、あるいは例えば第１８図の実施
例に示すように均一の正確に計量された固体粒体
を導入することによつて、導入された金属の流れ
を分断することである。ジエイ．エル．エングル
ク他（J.L.Engllke et al.）も米国特許第3347959
号で溶融金属が同じ方向に流れるモールドの流れ
として、連続して流れる液体の流れの内部に溶融
金属を鋳込んでワイヤを形成することを教えてい
る。モールド材料の流速をワイヤを成形する溶融
フライメントの速度より大きく維持することによ
りフライメントの直径は液対液の境界面における
粘性の剪断力の作用により縮径される。

エス．カーベツシユ（S.Kavesh）は米国特許
第3845805号で流体媒体の中で溶融した噴流を急
速固化させることを含む方法により金属フイラメ
ントをつくる方法を示している。この方法はガス
状あるいは真空の雰囲気中に於て溶融材料の自由
噴射を形成し、該自由噴射を境界面を介して該噴
射と同時に、かつ基本的に同速で流れている流体
媒介へ横断方向に自由噴射を行つて固化したフイ
ラメントを回収することを含んでいる。スタンド
パイプにおける流体速度と関連した溶融材料噴射
の温度や速度の要素を論議しているその欄７にお
いて、「もしテーパ付の端部を備えた不連続のフ
イラメントが形成されるとすれば、噴射速度がス
タンドパイプにおける流体速度より著しく低いこ
とを示しており」かつ「真珠のネツクレスのよう
なフイラメントの表面は溶融噴射が過熱されてい
る。例えば溶融点より約250℃以上になつたとき
得られる可能性がある」と述べられている。例７
では銅の溶融噴射は、それら前の例でのより高速
冷却のマグネシウムブライン冷却流体においてフ
イラメントを得たことに比して、塩化ナトリウム
ブライン冷却流体では不連続の長円体粒体として
分離され固化した。

本発明による方法は遠心配置した回転冷却流体
を固体化可能材料、例えば金属の非破断で凝集性
の溶融流れに接触させて、その流れを粒体に分断
し、該粒体を急速冷却し固体とする。固体粒体は
続いて冷却流体から回収される。

本発明を以下添付図面と関連して説明する。

図面に於て、各図の同一数字で同じあるいは同
等の要素や部材を示し、かつ参照するものであ
る。第１図に示す装置は全般的に１０で指示し、
第２図の装置は全般的に３０で指示する。

装置１０は全体的に１１で指示するコツプ状部
材を含み、該コツプ状部材はその底部１３に対し
通常の手段で中央に固定されたシヤフト１２を有
する。シヤフト１２は第１図には示していないが
第２図に概略的に示す従来のモータ装置１４によ
り種々の選定した任意の定速度で回転できる。底
部１３は周縁において上方へ突出した円筒状側壁
１５に連がり、該側壁１５はその最上部で短い距
離だけ内方へ曲がり頂部リム１６を形成する。底
部１３には後述する小さな貫通孔または開口１７
が配置されている。第１図において、底部１３の
開口１７は取外し可能の機械ねじ１７ａで閉鎖さ
れている。

頂部リム１６が囲む開口には適当な不活性耐熱
材でつくられ、全体的に円筒状の容器１８が位置
し、かつ下方に延びており、該容器１８はその最
下端の近くに、側壁１５に向けられたオリフイス
用開口２０を含むチツプ１９が設けられている。
同心的に巻かれたコイル２１の如き加熱手段が前
記容器を囲んでおり、該コイルは図示していない
が従来の該導電源に接続され、これは通電すると
例えば金属のような材料チヤージを全体的に２２
で示す溶融状態まで溶融し、該溶融材料は容器１
８の内側に入れられている。

必要に応じて溶融材料２２にガス圧Ｐを加える
配備とし、第１図ではこのガス圧は矢印ならびに
Ｐで概略的に示す。本発明のいくつかの実用例で
は溶融材料２２はオリフイス２０を貫流するに妥
当な静圧を該材料の流れに対して生じ、該溶融材
料２２に圧力を加える必要がない。第２図におい
ては線図で示す如くガス圧が閉鎖部材２３を貫通
するガス配管２４により溶融材料２２に与えられ
る。ガス配管２４はガス圧記録用のガス計２５
と、図示していないガス供給源から配管２４を通
つて容器１８へガスを送るために開閉する弁２６
とを含む。第２図に示す容器１８は溶融材料２２
の温度を測定する、部分的に概略図で示す手段を
含み、該手段は温度計２８に連つた熱電対２７
と、熱電対の温度記録作業に必要な別の装置（図
示せず）とを含む。図示していないが、前述した
溶融材料２２の温度記録手段の代りに、容器１８
の頂部閉鎖部材２３に石英ガラス窓等を設けて溶
融材料の温度を検視する光学式高温計を使用して
もよい。

本発明による方法の使用に際しては、コツプ状
部材１１には内側に概ね液状の冷却流体２９を入
れる。シヤフト１２とそれに装置したコツプ状部
材１１の回転により発生する遠心力により冷却流
体２９は壁の上張りを形成し、かつコツプ状部材
１１の側壁に付着する回転冷却流体として配置さ
れる。

３０で指示する第２図の装置も、第１図の装置
１０と同様に回転可能シヤフト１２と容器１８と
を含み、該シヤフト１２は内側に遠心配置の回転
冷却流体２９を入れたコツプ状部材１１の中央に
固定され、該容器１８はオリフイス２０を含むチ
ツプ１９を有し、かつ該容器１８中の金属チヤー
ジを溶融物２２へ誘導加熱するコイル２１を有
す。第１図に示す装置とは対照的に、第２図の装
置は後述する目的のためにその側壁１５に小さな
孔即ち開口１７′を含む。さらに、第２図に示す
装置３０は全体的に３１で示す容器を有し、該容
器３１は前記のコツプ状部材１１を囲み、底部３
２と、円筒状の側壁３３と、頂部閉鎖蓋３４を含
んでおり、該蓋３４は図示していない従来の締付
手段により該容器３１を密封している。また、図
示しておらず、任意ではあるが、本発明のある実
用例では特に有用であるものとして、容器３１の
内部にガス状雰囲気を提供し、かつ制御する手段
があり、該ガス状雰囲気は、ある材料に対しては
例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等のような不活
性ガスである。第２図の装置３０において、溶融
材料用容器１８は頂部閉鎖蓋３４を上方に貫通
し、チツプ１９とオリフイス２０とを、モータ１
４によるシヤフト１２の回転により発生する遠心
力により壁の上張りを形成し、かつコツプ状部材
１１の側壁１５に付着する回転冷却流体として配
置されている冷却流体２９に対して種々の角度と
距離を有する多くの位置の内の任意の位置とする
様に、図示していない通常の手段により上下させ
られるか、さもなければ、そのように運動および
位置決めされる。作動時、シヤフト１２は底部３
２を貫通するスリーブベアリング３５の内部で回
転する。

第１図の装置１０において、底部１３にある
孔、即ち開口１７は、ねじ１７ａを外すと排出口
として作用でき、本装置１０のバツチ操業が完了
し、シヤフト１２の回転が止つた後冷却流体２９
と形成された金属粒体が次に冷却流体２９から該
粒体を分離するためにコツプ状部材１１から排出
し回収することができる。第２図に示す装置３０
では、側壁１５にある孔１７′は、本発明による
方法が作動すると冷却流体２９と形成された粒体
がコツプ状部材から流出できるように作用する。
流出した粒体は排出および回収を希望するまで底
部３２の上部でプールとして冷却流体２９と共に
容器３１に集めておいてよい。代替的に、図示し
ていないが、開口または孔１７′より流出する流
体２９と粒体とは冷却流体２９と共に粒体を集め
るよう篩状の容器リング上に導かれ、次いで流体
は該篩を通過し底部３２の上部でプールとして集
めることもできる。粒体もプールに集められれる
と、冷却流体２９を過後に再循環する。流体導
管３６、ポンプ３７、熱交換器３８を図解的に示
すが、これらによつて冷却流体２９は底部３２か
ら取出され、温度計３９に示す希望の温度まで冷
却され、コツプ状部材１１へ再循環し、遠心力に
よつて側壁１５に付着している冷却流体の壁に補
結され、かつ該流体壁の希望する温度と厚さを維
持する。ポンプ３７は、作動中コツプ１１に十分
な流体２９の供給を維持するのに適した寸法の流
体２９再循環装置に合致したポンプ能力をもつも
のである。孔１７′の寸法も流体２９と粒体とが
通過しうる寸法であるが、コツプ１１の回転速度
とポンプ３７のポンプ能力に関連して、コツプ１
１内で十分な冷却流体供給を維持するに十分な様
に小さくなされている。

一般に、本発明による方法は液状冷却剤すなわ
ち冷却流体（例えば水、油等）をコツプあるいは
ドラムの内側へ供給すること；該コツプを冷却剤
が遠心力の作用によりコツプの周囲に沿つて平行
の層あるいは壁を形成するのに有効な速度で回転
させること；および次いで粒体に形成すべき材料
の溶融した非分断の流れをこの冷却剤の遠心回転
壁に噴出させることを含む。この結果、高速で運
動している冷却剤によつて溶融材料の流れを小滴
にする剪断作用をつくり、これらの小滴を冷却し
て固体粒体とする。これら粒体の寸法、形状、性
質は本発明による方法の実施において制御可能な
パラメータを含む種々の変数やパラメータによつ
て制御可能であり、制御可能なパラメータは、例
えば使用材料、冷却剤と溶融材料の温度、遠心配
置の冷却流体の速度、溶融材料の流れと冷却剤の
運動している壁との接触の距離、衝撃力と角度、
溶融材料の流れの形状と寸法等である。形成され
た粒体の冷却速度も前述の変数により制御可能で
あり、極めて好ましい非晶質の金属やガラス状金
属粒体を提供するよう急速にできる。溶融材料の
流れが高速運動の冷却剤により小滴に分断される
と、この小滴は直ちに冷却剤に入り込むか、かつ
（あるいは）冷却剤に再度入り込む前にごく短い
距離を自由に飛び次いで冷却剤で急速冷却され固
体粒体となる。

急速固化粒体調製の他の周知の方法と比較し
て、本発明による方法は多くの利点を提供する。
概ねどの液状材料あるいは液状とすることのでき
る材料も冷却流体とすることが出来る対象であ
り、粒体に形成する種々の溶融材料に応じて特に
適した冷却流体を選択できる。液状冷却剤の遠心
配置の壁の採用すべき表面速度は容易に得ること
ができ、また、希望するならこの速度をよく制御
して別の速度に迅速に変更でき、このようにして
製造する粒体の寸度を極めて正確に制御できる。
実験装置で、約427から2439ｍ／min（1400から
8000ft／min）の運動冷却剤速度が容易に得られ
たし、かつ成功裡に使用し、9144ｍ／min（30000
ft／min）以上の速度も適当な装置を使用すれば
得るこができるし、かつ有用であることを示し
た。本発明による遠心技術は冷却剤の高速汲出し
装置あるいはその他の冷却剤運動装置を含む従来
技術よりも経済的と考えられる。その他、本発明
による遠心技術はさらに適当な冷却剤能力や温度
制御を提供する。溶融材料の流れが運動する冷却
剤と接触して小滴に分断されると、溶融粒体は直
ちに、あるいは非常に迅速に運動している液状冷
却剤の塊の中へ入り、極めて高度の冷却速度が得
られる。溶融金属粒体から冷却された固体粒体へ
の熱交換はそれが液状冷剤中にある間実質的に連
続して進行する。さらに、絶縁蒸気層がそれ以上
の冷却を阻害するという従来の水噴霧に関係した
主要な問題は冷却剤の厚い層が急速につくられ、
かつ同時に運動し、そこに粒体が捕促されるため
本発明による技術では排除される。

極めて微小の粒体から非常に大きい粒体まで製
造できる。非晶質の大きな球状粒体のあるものは
周知の従来の方法のいづれかによつて調製される
ものより寸法がより大きいと考えられる。粒体の
寸法や（または）形状の処理上の制御は本発明に
よる方法によつて容易となされる。極めて微小の
球状粒体、例えば−325メツシユより細かいもの
を非晶質でつくるには、高冷却剤速度（例えば
2500rpm以上あるいは約2286ｍ／min（7500ft／
min）以上）が重要で、かつ好ましくこれは寸度
制御の一主要手段である。溶融材料の流れの寸法
あるいは形状、すなわち頂部オリフイスの開口
は、極めて微小の球状粒体の調製に当り、断面の
小さい溶融流れで希望する粒体をつくるのに好都
合な次に重要なプロセス上のパラメータであるこ
とは明らかである。上述の極めて微小の粒体を提
供するのに特に好ましい閉口は直径が0.0254mm
（0.010in）が、これ以下のものである。溶融材料
にかける圧力がより高いこと、すなわち高圧の溶
融材料の流れの圧力も極めて微小の非晶質粒体の
調製に確かに好ましい。特に好ましいのは溶融材
料の流速を好ましくは約150ｍ／min（490ft／
min）以上にするために0.14から0.7Kg／cm²（２か
ら10psi）の間ガス圧、あるいはそれと同等の差
圧を溶融材料にかけることである。より寸法の大
きい粒体および（または）ガラス質状態以外の粒
体をつくるには、上記と反対の作動極限に向つて
前述の方法のパラメータを制御することであり、
例えば冷却剤を低速（例えば約500rpmまたは約
442ｍ／min（145ft／min））にしたり、流れの寸
法を大きくしたり、溶融金属の温度をその溶融点
よりはるかに高くしたりする等である。

使用する液状冷却流体は、純枠な液体、溶剤、
高速では液化ガスまたは低速では固形と液体の懸
濁あるいは乳濁液でよい。冷却流体はそれを使用
する溶融材料に対し不活性で化学的に非反応であ
ればよく又概ねそのようになつている。しかしな
がら本発明は反応がほぼ粒体の皮相に反応する形
式かあるいはコーテイングする形式であつて、溶
融材料の液状の流れが急速に運動している遠心配
置の液状冷却流体と接触すると該溶融材料の流れ
の分断を著しく阻害するものでないならば特定の
使用溶融材料に反応するかもしれない冷却流体を
排除するものではない。

特定の冷却流体とその温度の選定は、特定の使
用溶融材料の流れ、ならびに、例えば該溶融材料
の流れの寸法およびそれの冷却流体との接触力や
角度のような他のプロセスパラメータおよび急速
運動の遠心配置の回転している液状冷却流体の深
さや、厚さや運動速度に関連して行う。冷却流体
にとつて望ましい品質と特性は高度の熱容量、非
毒性、比較的非燃性、低価格等を有するものであ
る。例えば、水は温度が1204℃（2200〓）以上の
多種の溶融性材料の流れや溶融材料の流れに対し
て極めて有用であり；同様に種々の低温の水性塩
（例えばNaCl、MgCl₂、ZnCl₂）ブラインはある
種の溶融材料に使用でき、石油や合成油も有用で
あり；液化ガスも有用と考えられる。ほとんどど
の液状冷却剤あるいは冷却流体も、それが特定の
使用した金属あるいは合金の溶融流を分断するよ
うな濃度と運動力をもつ急速運動し遠心配置で回
転する壁状の液状塊状態にしうる限り使用可能で
ある。種々の溶融材料に対して特に有用でかつ好
ましいのは下記液状冷却剤である：溶融Fe、Ni
およびその他の非反応の遷移合金に対しては冷水
あるいはブラインと冷水の組合せ；反応性材料に
対しては液化ヘリウムのような不活性流体；変化
する冷却速度でつくられる粒体に対しては冷却速
度の変わる油。勿論、前述のものは単に典型的な
有用な冷却流体を代表するものであり広範囲の他
の代替的な冷却流体も使用できる。

ここでは粒体に形成される溶融材料の流れを、
特に金属あるいは合金の供給材料からその溶融に
より説明し、かつ特定の例により示して来たが、
溶融金属の溶融点に類似の溶融点にかなり近い温
度で溶融状態となる物性をもついづれの材料でも
作業しうるものと考えられる。溶融材料は〓で示
すその平衡融点の25％以内の温度において下記の
物性をもつべきである；10から2500dynes／cmの
範囲の表面張力、10^-3から１ポイズの範囲の粘度
と適度の不連続溶融点（すなわち粘性曲線に対し
て不連続の温度）。本発明はほとんどの金属なら
びに化学化合物および上記の基準に合う元素に対
して作用可能と考えられる。さらに、本発明は合
金がその合金中のいづれかの成分が最初に固化す
る（液相線）温度と、溶融点の最低の成分が固化
（固相線温度）し完全に固体材料とつくる温度と
の間の広範な温度範囲を示す場合でさえも作用可
能である。定義として、液相線と固相線温度との
間の温度で若干の溶融材料が介在しているとして
も固相線温度以上のみに於てそのような合金は
「溶融」したとする。

本発明により粒体に形成される溶融材の流れ
は、例ねばアルミニウム、亜鉛、鉛、錫、銅ある
いはその類似物のような金属を通常の加熱装置で
溶融させるか、あるいは例えばNi₆₃Cr₁₂B₁₃Si₈あ
るいはFe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆等のニツケルベースの合金
を溶融するとか、あるいは例えば米国特許第
3856513号記載の成分や、その特許で記述され論
議されている従来技術に示す成分並びに例えば
Mg₇₀Zn₃₀、Ta₆₀Ir₃₀B₁₀、Ti₆₀Ni₃₀Si₁₀、
Mo₈₀Ru₁₀P₁₀等のように非晶質粒体の状態ではこ
れまで明らかに調製されなかつたその他準安定合
金成分でさえも含めてガラス質あるいは非晶質状
態で入手しうることが知られている金属的に安定
した合金を溶融することから得ることができる。

本発明による方法を実施するための図示装置の
図面や説明から明らかなように、溶融材の流れは
回転冷却流体と接触する前に限定した距離を横切
つて粒体に分断される前に溶融材の流れを囲む雰
囲気とは限定的に露出される。したがつて、多く
の金属や合金の酸化特性は本発明の実施性を制限
するものではない。酸化に対して完全な保護をす
る必要なく作業しうるものとして知られている金
属は基本的に鉄、銀、錫、ニツケルと亜鉛を含
む。特定の雰囲気を溶融材の流れに提供したい場
合は、この雰囲気は３０で示す第２図の装置の容
器３１の内部等に提供できる。次いで本発明によ
る方法は不活性の雰囲気中かあるいは減圧下で実
施できる。もし溶融材の流れが著しい蒸気圧を有
するならば、前記容器中のガスの成分と圧力と
は、その流れが冷却剤と接触するまで、蒸発を減
少させ、かつ流れの一体性を保持するよう操作可
能である。また図示していないが、第２図で示す
配置の図示した溶融材容器１８の代りに、溶融材
用容器３１内に材料を入れることを含めて、加熱
し、溶融材の流れをつくるためのその他の装置あ
るいは電子ビーム加熱のような加熱装置を利用で
きるようつくられた溶融容器の修正（図示せず）
を使用できる。酸化を減少させる雰囲気の場合に
採用することが好ましい金属は基本的にチタニウ
ム、コルビウム、タルタン、ジルコニウム、マグ
ネシウム、アルミニウムとモリブデンとから構成
される金属群を含む。

球状の粒体を提供するために、一般に溶融材の
流れは、断面が円筒状で、円筒形のオリフイス開
口を有するテーパ付きチツプから押出される。液
状冷却剤の遠心運動を維持して運動している壁に
相対的に近接させ得るかぎり直径が0.125mm
（0.005in）ほどの小さい円筒状オリフイス開口を
有するチツプが有用である。１mmから３mm
（0.040から0.120in）までの大きさのオリフイス開
口を有するチツプは溶融材の流れを溶融球体等に
分断するのに十分な高速である冷却剤運動を必要
とするある種の溶融材の流れに対して有用であ
る。オリフイスの開口および円状の流れの直径は
0.125mm（0.005in）から１mm（0.040in）の間であ
ることが好ましい。チツプのオリフイス開口と流
れの断面積は円筒状以外でもよい。

本発明による方法を実施するに有用な装置をつ
くるために通常の材料が採用される。例えば、そ
の中に入れられる溶融材との反応を排除するよ
う、かつチツプのオリフイス開口から溶融材料を
圧送するためにかける圧力や溶融材の温度を適切
に考慮して、セラミツクの溶融材用容器は石英、
シリカ、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化ヘ
リウム、窒化ホウ素等からつくることができる。
高速回転のコツプ状部材は一般に例えばステンレ
ス鋼、アルミニウム、モリブデン、銅等の金属か
らつくられる。回転するコツプ状部材に高度の回
転力が働らくためその製作には注意を要する。そ
の構成材料と製作は使用中に経験する力に耐える
に十分な強度を提供するよう選択せねばならな
い。その製作には振動のない均一な回転を確実に
するため極めて慎重な動つりあいを含むべきであ
る。また、採用した装置全体が保護安全性の囲い
等により遮蔽されることが望ましい。

操業が完了し、形成された粒体と冷却流体の混
合体をカツプ状部材あるいはドラムから排出する
際、冷却流体は例えばデカンテイング、過、遠
心分離、洗滌等の従来の手段により粒体より分離
され、粒体の方は洗滌等により清浄にされ次いで
従来の手段により粒体の形状、寸法および等級別
に分離される。そのような分離作業には従来の
篩、精密篩、ロールテーブル、微粒体分級機等が
有用である。

本発明を実施する現在知られている最上の方法
は図面に示す装置についての前述の説明およびそ
の作動につき示したが、下記の実例においても示
す。しかしながら、これらの実例は実験室規模の
実施であり、商業ベースの実施ならびに商業ベー
スの粒体製品までの規模拡大時に得られる全体の
利点ははるかに価値の高いものであると予期され
る。

以下の実施例においては第１図に示すものと概
ね同じ内容かつ性格を有する実験装置が使用され
ている。使用した装置におけるコツプ状部材はア
ルミニウム製で、内径が約330cm（13インチ）、高
さが7.78cm（３−1/16インチ）であり2000ml以上
の液状冷却剤を入れることができる。採用したセ
ラミツク溶融材容器は粒体に形成すべき特定の材
料によつて、石英あるいは商標登録Vycorという
シリカガラスでつくられ、直径が概ね2.24または
5.08mm（１インチまたは２インチ）の管より形成
されており、該管は一端を閉鎖するため加熱加工
され、その閉鎖した端部は希望するオリフイス開
口寸法を有するチツプオリフイスを備えたテーパ
状をつくるよう引抜かれるが、多くの溶融材容器
をつくり0.126から0.76mm（0.005から0.03インチ）
までの種々寸法のチツプオリフイス開口を共に使
用できる様にした。この管の頂部には適当な材質
のストツパをつけるか、あるいは開閉可能とし、
該ストツパ閉鎖部材を通して該容器はガス圧計
と、例えば窒素、アルゴン等のガス供給タンク源
へ連つていて該ガス圧は弁により調整される。溶
融温度はクロメルーアルメル熱電対によりモニタ
ーされる。コツプ状部材から中心を下方へ延びて
いるシヤフトに連結されたモータ装置は0.5HPの
電動モータであつて、該モータの速度は可変であ
り、制御装置により調製される該モータへの電入
力により希望に応じて安定速度にセツトできる。
セラミツクの溶融材容器用の誘導コイルヒータは
0.64cm（0.25インチ）の銅管と30KWの誘導発電
機を含む。

手続として希望する量の液状冷却剤がコツプ状
部材に入れられ、該部材はコツプ状部材の内壁に
付着する遠心配置の輪状冷却剤として、該冷却剤
を直ちに位置づけるに十分な低速（一般には
200rpm以上）で回転させた。粒体に形成すべき
使用原料（例えば金属あるいは合金）はシリカあ
るいは石英製の溶融材容器に入れられるが、該容
器はそのチツプオリフイス開口を液状冷却剤の遠
心配置の輪から希望する距離と角度とつけて位置
させる。例えば誘導加熱装置のような加熱装置が
金属あるいは合金をシリカ製の溶融材容器中で溶
融するよう作動し、溶融材料を希望する温度、多
くの場合その溶融点より少なくとも約93℃から
149℃（200゜〜300〓）高い温度までもつてくる。
次いでコツプ状部材は希望する速度、多くは1500
から10000rpmの速度で回転運動させられる。希
望するガス圧、例えば0.14Kg／cm²から0.7Kg／cm²
（２〜10psi）が溶融金属に加えられ、溶融金属は
オリフイスチツプの開口から未分断の流れとして
流出し冷却流体の急速運動している遠心配置の輪
状壁と接触、接触するとその流れが粒体に分断さ
れ、該粒体のあるものは直ちに冷却剤へ入り、か
つそこに留つており、他の粒体は極めて短かい距
離内で冷却剤へ入る。冷却剤の内部で粒体の寸法
によつてガラス状あるいはその他の安定の、ある
いは結晶質の形の粒体を提供するに必要な程度の
極めて急速な冷却を受ける。これは、又冷却流体
の速度と溶融材の流れの断面積に左右される。

例 Ａ 99％以上の純度の錫粉末が溶融材容器で溶融さ
れ、2878℃（550〓）の温度まで加熱した。0.35
Kg／cm²（5psi）のアルゴンガス圧によつて溶融し
た錫は、冷却流体の遠心配置の壁に対して概ね垂
直（接線に対して90゜即ち直角）に向けられ、か
つ7.6から10.2cm（３から４インチ）距離をおい
た流れとして0.35mm（0.014in）径のチツプオリフ
イス開口を通して圧送される。該冷却剤はヘビー
デユーテイ自動車用オイル（例えばモービル社の
10W40）の1000mlで形成されている。液状オイル
の急速運動している遠心配置の壁は2100rpmのコ
ツプ状部材の回転により遠心状態にされている。
溶融材容器中の溶融錫が全て運動しているオイル
冷却剤と接触する様に流入された後に停止され、
粒体とオイルとの混合物が本装置から排出され
る。オイルはトリクロルエチレンで粒体から洗滌
分離され、洗滌した粒体は例えば65.6℃（150〓）
の炉中で空気乾燥され、次いで一連の篩（米国篩
規格）を通して篩にかけられる。No.50スクリーン
に残つた粒体は該No.50の篩を通過する全ての粒体
の重量比で50％以上で概ね全てがフレークであ
り、No.50の篩を通るが、No.100の篩で留まるもの
はフレークと粉末の混合物であり、No.100は通る
がNo.230で留まるものは明らかに全て球状の粉末
状の粒体であり、No.325に留まるものは球状の粉
末状粒体である。

例 Ｂ 溶融錫からつくられた固形粒体に対して付加的
な調製を行つた。これらの調製は各種のプロセス
上のパラメータによつて行い、そのパラメータは
次のものを含む； 溶融錫の温度は4822℃（900〓）、4406℃（825
〓）および4544℃（850〓）；溶融錫にかけるアル
ゴンガス圧は0.35Kg／cm²（5psi）；チツプのオリ
フイス開口は0.36ミリ（0.014インチ）と0.38ミリ
（0.015インチ）；オリフイン開口から液状の冷却
流体の運動している遠心配置の壁までの溶融材の
流れの距離は1.6cm（5/8インチ）と2.54cm（１イ
ンチ）；冷却流体は自動車用オイル、水そして、
ミネラルオイルベースで酸化防止剤を含み軍用規
格（Mili−tary Specification）Mil−Ｈ−6875D
を満足する例えばヒユートン社（Houghton）の
Ｋ−オイルのような金属熱処理用冷却油を使用；
回転コツプ状部材と冷却流体の速度は1900、2100
および2500rpm；溶融錫の流れは冷却剤の運動し
ている遠心配置の壁の接線に対して概ね垂直の方
向並びに冷却剤の運動の遠ざかる方向に対して鋭
角と、かつ近づいてくる方向に対して鋭角に接触
させる。

これらの作動条件の各々において固体粒体を調
製した。溶融錫の流れを1.6cm（5/8インチ）の距
離をおき、冷却剤に近づいてくる方向に対して鋭
角で作業したところ、錫がチツプ開口中で固化し
詰まらせないようにして長期間作業をしうるには
困難に遭遇した。一般に、冷却剤速度が速いほど
−325No.篩寸法の粒体をより多く製造でき、概ね
球状の粒体がつくられる。

例 Ｃ 固体粒体を本質的にFe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆よりなる溶
融合金2826から調製した。約1260℃（2300〓）の
温度の溶融合金を直径0.356mm（0.014インチ）の
開口から、2500rpmで回転しているコツプ状部材
中の遠心配置の壁として運動している約2000mlの
油に対して直角の方向で、かつ約2.54cm（１イン
チ）の距離をおいて、該油中へ噴出した。

例 Ｄ 固体粒体を約399℃（750〓）の温度の溶融鉛か
ら調製した。溶融鉛は0.38ミリ（0.015in）の直径
のオリフイスから、約2500rpmで回転しているコ
ツプ状部材中の冷却剤の遠心配置の壁として運動
している約2000mlの水に対し約2.54cm（１イン
チ）の距離をおき、ほぼ垂直（即ち直角）に噴出
した。製造された粒体は酸化被膜を有していた。

例 Ｅ 固体粒体を本質的にNi₆₃Cr₁₂Fe₄B₁₃Si₈よりな
るニツケルベースの915合金から調製した。約
1204℃（2200〓）の温度で0.7Kg／cm²（10psi）の
アルゴンガス圧を受けた溶融合金が0.25ミリ
（0.01インチ）の直径のチツプのオリフイス開口
から、約2500rpmで回転しているコツプ状部材中
の冷却剤の遠心配置の壁として運動している約
1500mlの水に対して約2.54cm（１インチ）の距離
をおき、ほぼ垂直方向に噴出させた。その結果、
フレーク状、フアイバ状および実質的に非球形か
ら概ね球形の固体粒体の混合物が産出された。約
1μのあるフアイバーでは一端が拡大している、
あるいは球根状をしていることが見出された。あ
る粒体は金属性のガラス状組織をしており、他の
粒体は結晶組織をしていることが判つた。

例 Ｆ さらに例Ｅで使用したのと同じニツケルベース
の合金からの固体粒体の調製を行つた。この調製
では液状冷却剤として1000mlと2000mlの水を使用
した。その他の調製では液状冷却剤として2000ml
の石油を使用した。液状冷却流体として石油を使
用し、油冷却剤の遠心配置の壁が離れる方向に約
45度の角度をつけ溶融したニツケル合金の流れを
向けたが、製造された粒体は概ねほぼ全て球形で
フアイバ状粒体はほとんど存在しなかつた。1000
mlの水を液状冷却流体とし、溶融した流れを
0.127mm径（0.005インチ）のオリフイス開口から
0.7Kg／cm²（10psi）の圧力をかけ、水の運動して
いる遠心配置の壁のほぼ垂直に向けたところ、製
造された粒体の寸法別分布は（米国篩規格で）＋
50が重量比で1.6パーセント、−50から70が重量比
で6.2パーセント、−70から＋100が重量比で16.6
パーセント、−100から＋230が重量比66.7パーセ
ント、−230から＋325が重量比で7.3パーセント、
−325が重量比で1.6パーセントである。

例 Ｇ 固体粒体は本質的に重量比でCu4.4％、Mn0.6
％、残りAlからなるアルミニウム合金2024から
調製した。760℃（1400〓）の温度の溶融したア
ルミニウムが約2500rpmで回転しているコツプ状
部材における冷却剤の遠心配置壁として運動して
いる2000mlの水へほぼ垂直に噴出した。製造され
た粒体は主として不規則な形状であり、極めて細
かい樹枝状組織であることが認められた。

前述の説明から明らかなように、その溶融状態
で広範囲の材料からフレーク状、フアイバ状、球
状、不規則な形状あるいは種々の寸法の固体粒体
がつくられうる。例えば、冷却剤としての水はフ
アイバ状で、かつ球状の粒体を形成しやすく、冷
却剤としての油は主として球状あるいは球状に近
い粒体をつくりやすい。これらの形状や寸法は爾
後に分離可能で希望に応じて種々の特定の形や
（あるいは）寸法範囲に分級される。これらの粒
体の断片は多くの用途に利用される。例えば従来
の技術により固められ有用な物品をつくる粉末治
金分野や、あるいはプラズマ噴射用の供給粉末あ
るいは従来の装置でつくることを困難な合金をつ
くるための原料粉末として使用でき、フアイバ状
の粒体は磁気テープ等に使用できる。

製造された粒体やその断片も組織に基き、即ち
結晶質を示すものと非晶質を示すものとに分類で
きる。非晶質状態は非結晶即ちガラス相をもち、
一般には極めて急速の冷却技術により得られる。
当該技術分野で認められるように、原子配列によ
つて左右される種々の物理的、化学的性質は結晶
質と必晶質状態とで独得の違いがある。多くの用
途に対して非晶質粒体のもつ物性が望ましく、か
つ有用である。一般にこれら２つの状態はその物
理的特性以外の、例えばその強度、展延性、磁性
および電気に対する特性で区別するが、非晶質か
ら結晶質を区別するのにＸ線回折が最も頻繁に使
用されている。非晶質物体は液体で見られれるも
のと若干類似の広いピークをもつた回析パターン
を示し、一方結晶質物体は回析パターンにおいて
もつと鋭いピークをつくる。また、溶融状態から
非晶質へ冷却することは不連続の溶融熱の展開が
なく、温度範囲にわたつてほぼ連続した固化を行
うことが認められる。他方結晶状態へ進行すると
き、結晶化には熱力学的な１次遷移があり、溶融
熱や特定の温度に関する。従つて、準安定な非晶
質状態は結晶作用熱の展開での必要な十分高い温
度まで加熱すると結晶状態に転化する。ある場合
には、非晶質物質の有する好ましい特性を示す粒
体がつくられるが、しかしまた部分的には結晶質
であることがある。一般に部分的に結晶質の物質
の断片あるいは部分の比率はＸ線回析あるいは電
子回析、電子伝送顕微鏡を介して行い、それらに
よる測定値を完全な結晶質と非晶質からなる対比
測定値と比較して熱分析を行うことにより予測で
きる。

Ni₆₃Cr₁₂Fe₄Si₈を使用した前記例については、
当該技術分野においてこのNiベースの合金は通
常のろう付合金であつて剥離鋳造技術により非晶
状で急固化しうる。この合金を使用した前述の例
においてはフアイバ状および球状の粒体がつくら
れた。これら二つの形状の混つたものはバーコ社
（Bahco）の微粒体分級機、次いでロールテーブ
ル、その次に微細篩を使つて小さな寸法の断片を
提供するようにして分離され分級される。次いで
これらの断片は物性チエツクのために光学的な金
属組織検査器、DSC（差位走査色度計）およびＸ
線回析検査器にかけられる。

サイズが46〜50μのこれらNi合金粒体の腐触分
の顕微鏡写真をつくり検査した。フアイバの場
合、光学的な金属組織検査器はその材料が非晶質
状であるという組織を示さないが、球状粒体の場
合、そのほとんどは腐触に犯されないが、その若
干のものはある種の結晶状態を表わす結晶組織を
示す。サイズが88〜89μの球状粒体も前記結晶組
織を有する若干の粒体と類似の存在を示す。非晶
質と結晶組織の両方の粒体がこのように存在する
ことは二種類の冷却の仕組みを観察した結果説明
できる。その１つは、溶融材の流れを分断して形
成した溶融材の小滴で冷却剤の運動している遠心
配置の壁に留つているものが直ちに急速冷却固化
することと、その２つ目は溶融材の流れを分断し
て形成した溶融材の小滴が冷却剤の運動している
遠心配置の壁へ再度入り込む前に極く短い距離を
わづかに流れていたものが急速冷却固化されるこ
とである。

このNiベースの合金の丁度前述したサイズの
フアイバ状および球状粒体をパーキンエルマ
（Perkin Elmer）の差位走査色度計DSC−２使用
して温度記録図をとるべく検査した。フアイバ状
および球状粒体ならびに上記の双方のサイズに対
しての場合、非晶質から結晶質への明白なピーク
と、その各々に対して710〓のTxが認められた。
46〜50μの球状粒体は2.1cal／gmの△Hxを、88
〜90μの球状粒体は1.6cal／gmの△Hxを提供し
た。△Hxは結晶化作用中に解放される熱エネル
ギーである。

このNiベースの合金よりつくられたサイズが
63〜149μの球状粒体に対してＸ線回析パターン
を得た。このパターンは非晶質粒体と若干の結晶
質粒体との混合物を光学的な金属組織検査器によ
る観察結果と広範囲の非晶質の素盤と若干の結晶
質粒体によるある種の結晶質ピークを示すパター
ンとを関連づける。

直径が0.12mm（0.008インチ）のサイズのこの
Niベース合金からつくられた球状粒体が金属的
にガラス質相で得られることが注目に値する。

アルミニウムベースの合金（2024）を使用した
前述の例でつくられた粒体も検査した。光学的な
金属組織検査技術によれば、ほぼ球状につくられ
た粒体は腐触させて行つた顕微鏡写真で急速冷却
を示す極めて小さい粒子寸度が見られた。顕微鏡
写真はまた同じ粒体の内部で冷却速度が異つたこ
とを示す樹枝状組織の島を示した。この顕微鏡組
織は溶融した合金流れが銅の壁に衝突し、10⁶
〓／secの冷却速度に達したことを示すレボグラ
ント（Leb−Grant）のスプラツト冷却技術で得
たものと同じである。このアルミニウムベース合
金のサイズが46〜50μの球状粒体を差位走査色度
計で検査したところ、500℃まで加熱したとき微
結晶質相から溶化するか凝縮するかいづれかの変
化を何ら示さなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の簡略化
した形態を部分的に垂直断面で部分的に概略的に
示す斜視図；第２図は本発明の方法を実施する装
置の代替的な形態を部分的に垂直断面で部分に概
略的に示すものである。 図において、１０，３０：全体装置、１１：コ
ツプ状部材、１２：シヤフト、１３：底部、１
４：側壁、１７：貫通孔、１８：容器、１９：チ
ツプ、２２：溶融材料、２１：加熱装置、２９：
冷却流体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 固体材料を溶融状態にまで加熱し、〓で
   示すその平衡融点25％の範囲の温度で、10から
   2500dynes／cmの表面張力と0.001から１ポイズ
   の粘度をもつ溶融材の非分断流れを提供する段
   階と、 (b) 前記の溶融材の流れを球体或は粒体に分断
   し、冷却流体中で急速にこれらを冷却し固体粒
   体とするように該溶融材の流れを遠心配置の回
   転液状冷却流体の運動している壁に接触させる
   段階とを含む固体粒体の調製方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記固体粒体を前記冷却流体から分離し回収
   することを含む固体粒体の調製方法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の方法におい
   て、分離された冷却流体を冷却して、続いて前記
   溶融材の流れに接触させるよう再循環させること
   を含む固体粒体の調製方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記冷却流体の運動している壁は約43から
   9150ｍ／min（140から30000ft／min）の運動速
   度である固体粒体の調製方法。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記固体材料が金属あるいは合金よりなり、
   さらに前記冷却流体から固体粒体を分離し回収す
   ることを含む固体粒体の調製方法。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の方法におい
   て、使用した溶融材の流れは使用した金属、ある
   いは合金が液状となる温度の10℃から100℃高い
   温度である固体粒体の調製方法。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の方法におい
   て、回転している遠心配置の液状冷却流体の運動
   壁は少なくとも2290ｍ／min（750ft／min）の速
   度で運動している固体粒体の調製方法。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載の方法におい
   て、前記液状冷却流体として水を使用する固体粒
   体の調製方法。 ９ 特許請求の範囲第７項に記載の方法におい
   て、前記液状冷却流体としてオイルを使用する固
   体粒体の調製方法。 １０ 特許請求の範囲第５項に記載の方法におい
   て、前記遠心配置の回転液状冷却流体が円筒輪状
   の塊をなしている固体粒体の調製方法。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、合金を使用して、前記の液状流体と接触さ
   せ金属性のガラス質状態の著しい量の固体球形粒
   体を提供する固体粒体の調製方法。 １２ 特許請求の範囲第１１項に記載の方法にお
   いて、前記の運動している円筒輪状の塊は少なく
   とも2290ｍ／min（7500ft／min）の運動速度を
   もち、溶融材の流れは使用した合金の溶融点以上
   10℃から100℃の間の温度である固体粒体の調製
   方法。 １３ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記の接触は約0.1cm（0.004インチ）の直
   径の溶融材の流れについて行う固体粒体の調製方
   法。 １４ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記溶融材の流れの接触は運動している円
   筒輪状の塊の運動方向においてその運動している
   壁に対して直角かあるいはその接線に対して鋭角
   をつけて行う固体粒体の調製方法。 １５ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて前記固体金属として錫を使用する固体粒体の
   調製方法。 １６ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて前記固体の合金としてニツケルベースの合金
   を使用する固体粒体の調製方法。 １７ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記液状冷却流体として水を使用する固体
   粒体の調製方法。 １８ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記液状冷却流体としてオイルを使用する
   固体粒体の調製方法。 １９ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記接触のために溶融材の流れを圧送する
   ために溶融した金属あるいは合金に対しガス圧を
   使用する固体粒体の調製方法。 ２０ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記固体粒体の分離や回収が、金属性ガラ
   ス質組織の希望する微細寸法の球形粒体やフアイ
   バ状粒体を得るための寸法別分級をさらに含む固
   体粒体の調製方法。 ２１ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、前記の冷却液の塊を希望温度に保つために
   前記の接触期間中に前記冷却流体を除去し、冷却
   し、前記の運動している円筒輪状塊へ戻す固体粒
   体の調製方法。