(57)【要約】【課題】特定元素の偏析の影響をできる限り抑制すると共に、結晶の粗大化を抑制することができ、安定した品質の多元系無機化合物粉末（前駆体粉末）を提供することができる粉末作製方法を提供する。【解決手段】原料溶液を噴霧して液滴とする原料溶液噴霧工程と、噴霧された液滴に対してパルス熱衝撃波を照射するパルス熱衝撃波照射工程と、パルス熱衝撃波が照射された液滴を乾燥させて、粉末状の多元系無機化合物を作製する多元系無機化合物作製工程とを有している粉末作製方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料溶液を噴霧して液滴とする原料溶液噴霧工程と、
噴霧された前記液滴に対してパルス熱衝撃波を照射するパルス熱衝撃波照射工程と、
パルス熱衝撃波が照射された前記液滴を乾燥させて、粉末状の多元系無機化合物を作製する多元系無機化合物作製工程と
を有していることを特徴とする粉末作製方法。
【請求項２】
前記原料溶液が、酸化物超電導体の前駆体粉末を構成する元素を含む溶液であることを特徴とする請求項１に記載の粉末作製方法。
【請求項３】
前記原料溶液が、ビスマス、鉛、ストロンチウム、カルシウムおよび銅を含む硝酸塩溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉末作製方法。
【請求項４】
前記原料溶液が、さらに、ランタンを含むことを特徴とする請求項３に記載の粉末作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末状の多元系無機化合物の製造に用いられる粉末の作製方法に関し、特に、超電導物質となる粉末状の多元系無機化合物等の製造に好適な粉末作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｂｉ２２２３超電導線材等の酸化物超電導線材は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られること、また、長尺化が比較的容易であること等から、超電導コイルやケーブル等への開発が盛んに行われている。
【０００３】
前記の酸化物超電導線材は、一般に、多元系無機化合物からなる超電導体の前駆体粉末が金属材に充填された単芯線材を多数作製し、さらにこれら多数の単芯線材を金属管に挿入して多芯線とすることにより製造されている。
【０００４】
そして、この前駆体粉末は、従来、噴霧乾燥装置を使用したスプレードライ法（噴霧乾燥処理法）やスプレーパイロリシス法（噴霧熱分解法）を用いて、前駆体を構成する多元素の原料溶液を噴霧して霧状に小さな液滴を生成させた後、乾燥させることにより製造されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
上記において、スプレードライ法は、乾燥処理に際して、２００〜３００℃という比較的低い温度で、乾燥を行う処理方法であるのに対して、スプレーパイロリシス法は、ヒータ等の加熱手段が設けられており、乾燥処理を行うと同時に、熱処理による反応をも起こさせる処理方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−４５０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの方法を用いた場合、噴霧された液滴が乾燥する過程で、金属の溶解度の違いから特定の元素が他の元素よりも先に析出して偏析を生じたり、噴霧液滴の微細化に限界があるために、結晶がある程度粗大化してしまうという問題があった。
【０００８】
具体的には、例えば、Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末は、ビスマス、鉛、ストロンチウム、カルシウムおよび銅の化合物を溶解した原料溶液の噴霧により製造されるが、銅が他の元素よりも先に析出するため、銅のみを含有する結晶が成長する。この結果、噴霧された液滴中で原料組成比が変化、即ち、銅の組成比が低下するため、均一な組成の前駆体粉末を安定して製造することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、特定元素の偏析の影響をできる限り抑制すると共に、結晶の粗大化を抑制することができ、安定した品質の多元系無機化合物粉末（前駆体粉末）を提供することができる粉末作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、鋭意研究を行った結果、噴霧された液滴をより微細化させることにより、特定元素の偏析の影響を抑制し、結晶の粗大化を抑制することができることに着目し、その具体的手段として、パルスエンジンを備えた噴霧乾燥装置を用いることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本発明を各請求毎に説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
原料溶液を噴霧して液滴とする原料溶液噴霧工程と、
噴霧された前記液滴に対してパルス熱衝撃波を照射するパルス熱衝撃波照射工程と、
パルス熱衝撃波が照射された前記液滴を乾燥させて、粉末状の多元系無機化合物を作製する多元系無機化合物作製工程と
を有していることを特徴とする粉末作製方法である。
【００１２】
噴霧された液滴に対してパルス熱衝撃波を照射することにより、液滴をより微細化させることができ、パルス熱衝撃波により液滴に加えられた振動により、特定元素の偏析の発生を抑制し、結晶の粗大化を抑制することができる。この結果、安定した品質の多元系無機化合物の粉末を作製することができる。
【００１３】
パルス熱衝撃波を発生させる具体的な方法としては、例えば、ＬＰＧ（液化天然ガス）等を間欠的に燃焼（パルス燃焼）させることにより、パルス熱衝撃波を発生させる方法などを挙げることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、
前記原料溶液が、酸化物超電導体の前駆体粉末を構成する元素を含む溶液であることを特徴とする請求項１に記載の粉末作製方法である。
【００１５】
酸化物超電導体の前駆体粉末を構成する元素を含む溶液を原料溶液として用いることにより、安定した品質の酸化物超電導体の前駆体粉末を得ることができる。
【００１６】
このような原料溶液としては、Ｂｉ系超電導体、Ｙ系超電導体、Ｌａ系超電導体、Ｆｅ系超電導体、Ｍｇ系超電導体などの原料溶液を挙げることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、
前記原料溶液が、ビスマス、鉛、ストロンチウム、カルシウムおよび銅を含む硝酸塩溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粉末作製方法である。
【００１８】
これらの金属は、Ｂｉ２２１２やＢｉ２２２３等、Ｂｉ系超電導体の原料であり、本請求項の発明により、安定した品質のＢｉ系超電導体の前駆体粉末を作製することができる。そして、この結果、優れた超電導特性の超電導線材を提供することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、
前記原料溶液が、さらに、ランタンを含むことを特徴とする請求項３に記載の粉末作製方法である。
【００２０】
微量のランタンが添加された前駆体粉末を用いて作製された超電導線材は、より超電導特性に優れている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、特定元素の偏析の影響をできる限り抑制すると共に、結晶の粗大化を抑制することができ、安定した品質の多元系無機化合物粉末（前駆体粉末）を提供することができる粉末作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に用いられる噴霧乾燥装置の概要を示す図である。
【図２】従来の粉末作製方法に用いられる噴霧乾燥装置の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、スプレーパイロリシス法を用いて、超電導線の製造に使用される粉末状の多元系無機化合物を作製している。
【００２４】
最初に、本実施の形態に用いられる噴霧乾燥装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に用いられる噴霧乾燥装置の構成を示した構成図である。図１において、噴霧乾燥装置１は、反応炉１０とパルスエンジン２１とで構成されている。反応炉１０は、円筒形状をしており、炉壁１１を備えるとともに、炉壁１１の外周にヒータ１３を備えている。この反応炉１０の大きさは、例えば、炉内部空間１２の直径が約０．５ｍ、高さが１．５〜３．０ｍである。
【００２５】
噴霧乾燥装置１は、反応炉１０に、先端が反応炉１０の炉内部空間１２に向けて設置された原料溶液供給ノズル１４を備えている。また、反応炉１０の上部に、反応炉１０の上部から炉内部空間１２に向けてパルス熱衝撃波２２を発生するパルスエンジン２１を備えている。また、反応炉１０の後方には、図示されていない粉末集積用の容器が備えられている。
【００２６】
次に、噴霧乾燥装置１の動作について説明する。原料溶液供給ノズル１４からは、超電導線の製造に使用される粉末状の多元系無機化合物の原料を含有する原料溶液が噴霧される。
【００２７】
この原料溶液としては、本実施の形態においては、ビスマス、鉛、ストロンチウム、カルシウムおよび銅の硝酸塩溶液が用いられている。具体的には、硝酸中に、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３およびＣｕＯの各原料粉末が溶解されている。
【００２８】
上記の原料溶液を、原料溶液供給ノズル１４により反応炉１０の炉内部空間１２に噴射して液滴１５を形成し、この液滴１５の水分を炉内部空間１２で乾燥させることにより、原料溶液に含まれる成分を析出させて多元系無機化合物の粉末を形成させる。形成された粉末は、炉内部空間１２から炉内部空間１２の後方に備えられている粉末集積用の容器に集積される。
【００２９】
原料溶液を反応炉１０の炉内部空間１２に噴射する際に、パルスエンジン２１から反応炉１０の炉内部空間１２に向けてパルス熱衝撃波２２を発生させ、液滴１５に照射する。照射されるパルス熱衝撃波２２の周波数としては、５００〜１０００Ｈｚが好ましく、７００Ｈｚ程度がより好ましい。
【００３０】
パルス熱衝撃波２２が液滴１５に対して照射されることにより、原料溶液に含まれる元素が偏析することが抑制される。
【００３１】
原料溶液を反応炉１０の炉内部空間１２に噴射する際、炉内部空間１２の温度は、例えば、約７００〜８５０℃程度となるように、ヒータ１３により制御される。
【００３２】
これにより、液滴１５の水分を炉内部空間１２で乾燥させると共に、液滴１５中の硝酸成分を分解する熱処理や、多元系無機化合物の粉末の熱処理を行なうことができる。
【００３３】
なお、このとき、ヒータ１３により制御される炉内部空間１２の温度を約２００〜３００℃程度とすると、前記したスプレードライ法による噴霧乾燥となる。この場合には、液滴１５の水分が蒸発するだけであり、熱処理はその後別途行われる。
【実施例】
【００３４】
（１）比較例
実施例に先立って、比較例として、従来のスプレーパイロリシス法による多元系無機化合物粉末（Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ粉末）の形成を行った。本比較例においては、図２に示すように、反応炉１０、ヒータ１３および原料溶液供給ノズル１４のみを備えた噴霧乾燥装置２を用いた。ヒータ１３のヒータ温度は８００℃とした。その際の炉内温度は８００℃であった。
【００３５】
本比較例では、結晶粒が大きく、組成の均一性も不良な多元系無機化合物粉末が形成されていた。
【００３６】
（２）実施例
次に、実施例として、図１に示す、反応炉１０、ヒータ１３、原料溶液供給ノズル１４およびパルスエンジン２１を備えた噴霧乾燥装置１を用いて、比較例と同じ多元系無機化合物粉末（Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ粉末）の形成を行った。ここで、ヒータ温度は８００℃とした。
【００３７】
本実施例では、比較例の場合と異なり、結晶粒が小さく、組成の均一性も良好な多元系無機化合物粉末が形成されていた。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１、２      噴霧乾燥装置
１０        反応炉
１１        炉壁
１２        炉内部空間
１３        ヒータ
１４        原料溶液供給ノズル
１５        液滴
２１        パルスエンジン
２２        パルス熱衝撃波
【図１】
2012012269.tif 000003
【図２】
2012012269.tif 000004