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JP6929755B2 - Hafnium carbide powder for plasma electrodes, its manufacturing method, hafnium carbide sintered body and plasma electrode - Google Patents

Hafnium carbide powder for plasma electrodes, its manufacturing method, hafnium carbide sintered body and plasma electrode Download PDF

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JP6929755B2 JP2017202791A JP2017202791A JP6929755B2 JP 6929755 B2 JP6929755 B2 JP 6929755B2 JP 2017202791 A JP2017202791 A JP 2017202791A JP 2017202791 A JP2017202791 A JP 2017202791A JP 6929755 B2 JP6929755 B2 JP 6929755B2
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Description

本発明は、例えばプラズマトーチに用いられるプラズマ電極の原料として使用され、不純物としての炭素粒子の混入を抑制したプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末、その製造方法、炭化ハフニウム焼結体及びプラズマ電極に関する。 The present invention relates to a hafnium carbide powder for a plasma electrode, which is used as a raw material for a plasma electrode used in, for example, a plasma torch and suppresses contamination of carbon particles as an impurity, a method for producing the same, a hafnium carbide sintered body, and a plasma electrode.

一般に、炭化ハフニウムのような化合物の粉末を製造する方法として炭素熱還元法が知られている。この炭素熱還元法は、金属酸化物粉末とカーボンブラックとを不活性ガス雰囲気下で高温に加熱して還元反応を行う方法である。 Generally, a carbon thermal reduction method is known as a method for producing a powder of a compound such as hafnium carbide. This carbon thermal reduction method is a method in which a metal oxide powder and carbon black are heated to a high temperature in an inert gas atmosphere to carry out a reduction reaction.

例えば、炭素熱還元法を用いた窒化アルミニウム粉末の製造方法が特許文献1に示されている。この製造方法では、酸化アルミニウム粉末とカーボンブラックとを混合し、1600℃より高い温度で還元反応を行うことにより、窒化アルミニウム粉末を製造する。この炭素熱還元法は簡単な製造プロセスで高純度、小粒子径で性能の安定した窒化アルミニウム粉末を製造することができる。 For example, Patent Document 1 shows a method for producing an aluminum nitride powder using a carbon thermal reduction method. In this production method, aluminum nitride powder is produced by mixing aluminum oxide powder and carbon black and performing a reduction reaction at a temperature higher than 1600 ° C. This carbon thermal reduction method can produce aluminum nitride powder with high purity, small particle size, and stable performance by a simple production process.

このような炭素熱還元法に基づいて炭化ハフニウム粉末を製造する場合には、酸化ハフニウム(HfO)とカーボンブラック(C)との混合粉をアルゴン雰囲気下で約2000℃の高温に加熱し、還元反応を行うことによって炭化ハフニウム(HfC)の粉末が生成される。 When producing hafnium carbide powder based on such a carbon thermal reduction method, a mixed powder of hafnium oxide (HfO 2 ) and carbon black (C) is heated to a high temperature of about 2000 ° C. in an argon atmosphere. Hafnium carbide (HfC) powder is produced by performing the reduction reaction.

特開2016−164112号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-164112

前述した従来の炭素熱還元法による炭化ハフニウム粉末の製造方法では、2000℃という高温で還元反応を行うことから、熱処理時に炭素製のルツボを用いており、またルツボの周囲が断熱材としての炭素粉末で覆われる。このため、製造された炭化ハフニウム粉末をルツボから回収するとき、炭化ハフニウム粉末に数μm〜数十μmの炭素粒子の混入が避けられない。従って、炭化ハフニウム粉末に混入した炭素粒子が不純物となり、炭化ハフニウム粉末の品質が低下する。その結果、炭化ハフニウム粉末の焼結体から得られるプラズマ電極の品質が低下し、寿命が短くなるという問題があった。 In the method for producing hafnium carbide powder by the conventional carbon thermal reduction method described above, since the reduction reaction is carried out at a high temperature of 2000 ° C., a carbon-made rutsubo is used at the time of heat treatment, and the periphery of the rutsubo is carbon as a heat insulating material. Covered with powder. Therefore, when the produced hafnium carbide powder is recovered from the rutsubo, it is inevitable that carbon particles of several μm to several tens of μm are mixed in the hafnium carbide powder. Therefore, the carbon particles mixed in the hafnium carbide powder become impurities, and the quality of the hafnium carbide powder deteriorates. As a result, there is a problem that the quality of the plasma electrode obtained from the sintered body of hafnium carbide powder is deteriorated and the life is shortened.

そこで、本発明の目的とするところは、不純物としての炭素粒子の混入を抑制し、炭化ハフニウム粉末の品質を向上させることができるプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末、その製造方法、炭化ハフニウム焼結体及びプラズマ電極を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is a hafnium carbide powder for plasma electrodes, which can suppress the mixing of carbon particles as impurities and improve the quality of the hafnium carbide powder, a method for producing the same, and a hafnium carbide sintered body. And to provide plasma electrodes.

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末は、化学式HfC(但し、x=0.5〜1.0)で表される炭化ハフニウムの粉末であって、不純物としての炭素粒子の含有量が0.03質量%以下のものである。 In order to achieve the above object, the hafnium carbide powder for the plasma electrode of the present invention is a hafnium carbide powder represented by the chemical formula HfC x (where x = 0.5 to 1.0) and is an impurity. The content of carbon particles is 0.03% by mass or less.

本発明のプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末によれば、不純物としての炭素粒子の混入を抑制し、炭化ハフニウム粉末の品質を向上させることができるという効果を奏する。 According to the hafnium carbide powder for a plasma electrode of the present invention, it is possible to suppress the mixing of carbon particles as impurities and improve the quality of the hafnium carbide powder.

炭化ハフニウム粉末の第1の製造方法に使用する製造装置を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing apparatus used in the first manufacturing method of hafnium carbide powder. 炭化ハフニウム粉末の第2の製造方法における第1の加熱処理に使用する製造装置を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing apparatus used for the first heat treatment in the second manufacturing method of hafnium carbide powder. 炭化ハフニウム粉末の第2の製造方法における第2の加熱処理に使用する製造装置を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing apparatus used for the second heat treatment in the second manufacturing method of hafnium carbide powder. (a)ミリング処理のための遊星式ボールミルを示す概略平面図、(b)は内部にボールと原料が収容されたポットを示す横断面図、(c)は内部にボールと原料が収容されたポットを示す縦断面図。(A) A schematic plan view showing a planetary ball mill for milling, (b) a cross-sectional view showing a pot containing balls and raw materials inside, and (c) showing balls and raw materials inside. A vertical sectional view showing a pot. (a)はパルス通電加圧焼結装置に用いる焼結用の型を示す概略斜視図、(b)はパルス通電加圧焼結装置を示す説明図。(A) is a schematic perspective view showing a sintering mold used in a pulse energization pressure sintering apparatus, and (b) is an explanatory view showing a pulse energization pressure sintering apparatus. (a)はプラズマ切断装置(プラズマ切断トーチ)を示す概略断面図、(b)はプラズマ電極を示す断面図。(A) is a schematic cross-sectional view showing a plasma cutting device (plasma cutting torch), and (b) is a cross-sectional view showing a plasma electrode. (a)は実施例1のミリング処理をしない場合について、アーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係を示すグラフ、(b)は実施例1のミリング処理を施した場合についてアーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係を示すグラフ。(A) is a graph showing the relationship between the arc time (min) and the electrode wear depth (mm) in the case where the milling treatment of Example 1 is not performed, and (b) is the case where the milling treatment of Example 1 is performed. The graph which shows the relationship between the arc time (min) and the electrode wear depth (mm). (a)は実施例1のミリング処理をしない場合について、アーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を示すグラフ、(b)は実施例1のミリング処理を施した場合についてアーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を示すグラフ。(A) is a graph showing the relationship between the arc time (min) and the electrode consumption mass (mg) when the milling treatment of Example 1 is not performed, and (b) is an arc when the milling treatment of Example 1 is performed. The graph which shows the relationship between time (min) and electrode consumption mass (mg). (a)は比較例1について、アーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係を示すグラフ、(b)は比較例1について、アーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を示すグラフ。(A) is a graph showing the relationship between the arc time (min) and the electrode wear depth (mm) for Comparative Example 1, and (b) is the arc time (min) and the electrode wear mass (mg) for Comparative Example 1. A graph showing the relationship with. (a)は比較例2について、アーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係を示すグラフ、(b)は比較例2について、アーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を示すグラフ。(A) is a graph showing the relationship between the arc time (min) and the electrode wear depth (mm) for Comparative Example 2, and (b) is the arc time (min) and the electrode wear mass (mg) for Comparative Example 2. A graph showing the relationship with.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態の炭化ハフニウム粉末はプラズマ電極を得るための粉末であって、化学式HfC(但し、x=0.5〜1.0)で表される炭化ハフニウムの粉末であり、不純物としての炭素粒子(フリーカーボン)の含有量が0.03質量%以下のものである。炭化ハフニウムは下記の反応式(1)に基づいて酸化ハフニウム(HfO)を炭素(C)で還元することにより得られる。この場合、炭素配合量(原子量)が3以上になると炭素粒子の残存量が多く、一方炭素配合量(原子量)が2未満になると未還元の酸化ハフニウムが残存するため、酸化ハフニウムに対する炭素の分子量(原子量)の比は2〜3が好ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The hafnium carbide powder of the present embodiment is a powder for obtaining a plasma electrode, and is a hafnium carbide powder represented by the chemical formula HfC x (where x = 0.5 to 1.0), and carbon as an impurity. The content of particles (free carbon) is 0.03% by mass or less. Hafnium carbide is obtained by reducing hafnium oxide (HfO 2 ) with carbon (C) based on the following reaction formula (1). In this case, when the carbon content (atomic weight) is 3 or more, the residual amount of carbon particles is large, while when the carbon content (atomic weight) is less than 2, unreduced hafnium oxide remains. The ratio of (atomic weight) is preferably 2 to 3.

HfO+3C → HfC+2CO↑ ・・・(1)
この炭化ハフニウム粉末はプラズマ電極用のものであって、炭化ハフニウム粉末が焼結された焼結体からプラズマ電極が調製される。炭化ハフニウム粉末は不純物が少なく純度が高い方がよいが、製造工程において不純物として粒子径5〜50μm程度の炭素粒子が含まれる。その炭素粒子の含有量は、炭化ハフニウム粉末中に0.03質量%以下である。炭素粒子の含有量が0.03質量%を超えると、炭化ハフニウム粉末の焼結体及びその焼結体から得られるプラズマ電極の品質にばらつきが生じるとともに、プラズマ電極の耐久性が低下して寿命が短くなる。
HfO 2 + 3C → HfC + 2CO ↑ ・ ・ ・ (1)
This hafnium carbide powder is for a plasma electrode, and the plasma electrode is prepared from a sintered body in which the hafnium carbide powder is sintered. Hafnium carbide powder should have few impurities and high purity, but carbon particles having a particle size of about 5 to 50 μm are contained as impurities in the manufacturing process. The content of the carbon particles is 0.03% by mass or less in the hafnium carbide powder. If the content of carbon particles exceeds 0.03% by mass, the quality of the hafnium carbide powder sintered body and the plasma electrode obtained from the sintered body will vary, and the durability of the plasma electrode will decrease, resulting in a reduced life. Becomes shorter.

前記炭化ハフニウム粉末の平均粒子径は0.5〜2μmであることが好ましく、0.5〜1μmであることがさらに好ましい。この平均粒子径が0.5μmより小さい場合には、そのような微細な炭化ハフニウム粉末を調製することが難しく、製造工程が煩雑となったり、製造時間が長時間となったりする傾向を示す。その一方、平均粒子径が2μmより大きい場合には、炭化ハフニウム粉末の粒子のばらつきが大きくなるとともに過大な粒子が存在し、均質な焼結体を得ることが難しくなる。 The average particle size of the hafnium carbide powder is preferably 0.5 to 2 μm, more preferably 0.5 to 1 μm. When the average particle size is smaller than 0.5 μm, it is difficult to prepare such fine hafnium carbide powder, and the production process tends to be complicated or the production time tends to be long. On the other hand, when the average particle size is larger than 2 μm, the variation of the hafnium carbide powder particles becomes large and excessive particles are present, which makes it difficult to obtain a homogeneous sintered body.

次に、プラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末の製造方法として第1の製造方法と第2の製造方法について説明する。
まず、第1の製造方法について説明する。
Next, as a method for producing hafnium carbide powder for a plasma electrode, a first production method and a second production method will be described.
First, the first manufacturing method will be described.

図1に示すように、高周波誘導加熱炉11内には炭素製の第1ルツボ12が配置され、その第1ルツボ12と高周波誘導加熱炉11の内面との間には第1ルツボ12を覆うように断熱材としての炭素(C)粉末13が充填されている。前記第1ルツボ12の上壁には不活性ガスとしてのアルゴンガスが導入される供給管14と、第1ルツボ12内に生成する一酸化炭素(CO)等のガスを排出する排出管15とが接続されている。 As shown in FIG. 1, a carbon first crucible 12 is arranged in the high-frequency induction heating furnace 11, and the first crucible 12 is covered between the first crucible 12 and the inner surface of the high-frequency induction heating furnace 11. As described above, carbon (C) powder 13 as a heat insulating material is filled. On the upper wall of the first crucible 12, a supply pipe 14 into which argon gas as an inert gas is introduced and a discharge pipe 15 for discharging a gas such as carbon monoxide (CO) generated in the first crucible 12 are provided. Is connected.

前記第1ルツボ12内には原料となる酸化ハフニウム(HfO)と炭素(C)の混合粉のペレット16が収容される炭化ケイ素(SiC)製の第2ルツボ17が配置されている。この第2ルツボ17の側壁にはアルゴンガスの導入と一酸化炭素等のガスの排出を行うための複数の通気孔18が開口されている。 A second crucible 17 made of silicon carbide (SiC) containing pellets 16 of a mixed powder of hafnium oxide (HfO 2 ) and carbon (C), which is a raw material, is arranged in the first crucible 12. A plurality of ventilation holes 18 for introducing argon gas and discharging gas such as carbon monoxide are opened on the side wall of the second crucible 17.

そして、炭化ハフニウム粉末の第1の製造方法では、前記ペレット16を第2ルツボ17内に収容した後、その第2ルツボ17を第1ルツボ12内に配置する。続いて、アルゴンガスを供給管14から第1ルツボ12内に供給すると、アルゴンガスが第1ルツボ12内に満たされるとともに、アルゴンガスはさらに通気孔18から第2ルツボ17内に入り、第2ルツボ17内がアルゴンガスで満たされる。 Then, in the first method for producing hafnium carbide powder, the pellet 16 is housed in the second crucible 17, and then the second crucible 17 is placed in the first crucible 12. Subsequently, when the argon gas is supplied from the supply pipe 14 into the first crucible 12, the argon gas is filled in the first crucible 12, and the argon gas further enters the second crucible 17 through the ventilation hole 18 to enter the second crucible 2. The inside of the crucible 17 is filled with argon gas.

その状態で、高周波誘導加熱炉11を稼働させて高周波誘導加熱炉11内を1800〜2000℃に加熱する。この加熱処理により、第2ルツボ17内で前記反応式(1)に従って酸化ハフニウムの還元・炭化反応が起き、炭化ハフニウム粉末が生成する。 In that state, the high frequency induction heating furnace 11 is operated to heat the inside of the high frequency induction heating furnace 11 to 1800 to 2000 ° C. By this heat treatment, a reduction / carbonization reaction of hafnium oxide occurs in the second rutsubo 17 according to the reaction formula (1), and hafnium carbide powder is produced.

このとき、副生した一酸化炭素(CO)ガス等のガスは第2ルツボ17の通気孔18から第1ルツボ12内を経て排出管15から外部へ排出される。反応終了後には、第2ルツボ17を第1ルツボ12内から取り出した後、第2ルツボ17内から炭化ハフニウム粉末を回収する。 At this time, the by-produced gas such as carbon monoxide (CO) gas is discharged from the vent hole 18 of the second crucible 17 to the outside from the discharge pipe 15 through the inside of the first crucible 12. After completion of the reaction, the second crucible 17 is taken out from the inside of the first crucible 12, and then the hafnium carbide powder is recovered from the inside of the second crucible 17.

次に、得られた炭化ハフニウム粉末にミリング処理(粉砕処理)を施すことにより、炭化ハフニウム粉末の粒度を調整することができる。このミリング処理について説明する。
図4(a)に示すように、ミリング処理のための遊星式ボールミル20を構成する円盤状の公転体21は例えば図4(a)の矢印に示す反時計方向へ公転する。この公転体21には、周方向へ90度間隔をおいて有底円筒状をなす4つのポット22が配置され、各ポット22は例えば図4(a)の矢印に示す時計方向へ自転するようになっている。なお、公転体21の公転方向とポット22の自転方向は任意に設定することができる。
Next, the particle size of the hafnium carbide powder can be adjusted by subjecting the obtained hafnium carbide powder to a milling treatment (crushing treatment). This milling process will be described.
As shown in FIG. 4 (a), the disk-shaped revolving body 21 constituting the planetary ball mill 20 for the milling process revolves in the counterclockwise direction shown by the arrow in FIG. 4 (a), for example. Four pots 22 forming a bottomed cylinder are arranged on the revolving body 21 at intervals of 90 degrees in the circumferential direction, and each pot 22 rotates in the clockwise direction shown by the arrow in FIG. 4A, for example. It has become. The revolution direction of the revolution body 21 and the rotation direction of the pot 22 can be arbitrarily set.

図4(b)、(c)に示すように、前記ポット22内には粉砕用の複数のボール23と、前記粒子径の異なる炭化ハフニウム粉末24とが収容される。そして、その状態で公転体21を公転させるとともに、各ポット22を自転させる。このとき、公転運動と自転運動によりボール23と炭化ハフニウム粉末24に強い遠心力が生じ、ボール23の衝突エネルギーにより炭化ハフニウム粉末24に圧縮力と剪断力が働き、炭化ハフニウム粉末24は粉砕されて微細化されるとともに、均質化される。 As shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), a plurality of balls 23 for crushing and the hafnium carbide powder 24 having different particle sizes are housed in the pot 22. Then, in that state, the revolving body 21 is revolved and each pot 22 is rotated. At this time, a strong centrifugal force is generated between the ball 23 and the hafnium carbide powder 24 due to the revolving motion and the rotating motion, and the collision energy of the ball 23 exerts a compressive force and a shearing force on the hafnium carbide powder 24, and the hafnium carbide powder 24 is crushed. It is refined and homogenized.

次に、炭化ハフニウム粉末の第2の製造方法について説明する。この第2の製造方法では、第1の加熱処理装置による第1の加熱処理と、第2の加熱処理装置による第2の加熱処理により行われる。 Next, a second method for producing hafnium carbide powder will be described. In this second manufacturing method, the first heat treatment by the first heat treatment device and the second heat treatment by the second heat treatment device are performed.

図2に示すように、第1の加熱処理装置25を構成する高周波誘導加熱炉11内には、前記ペレット16が収容された炭素製の第3ルツボ26が配置され、その第3ルツボ26にはアルゴンガス等の不活性ガスが注入される供給管14と一酸化炭素ガス等のガスが排出される排出管15が接続されている。前記第3ルツボ26と高周波誘導加熱炉11の内面との間には第3ルツボ26を覆うように断熱材としての炭素粉末13が充填されている。 As shown in FIG. 2, a carbon third crucible 26 containing the pellet 16 is arranged in the high-frequency induction heating furnace 11 constituting the first heat treatment apparatus 25, and the third crucible 26 contains the pellet 16. Is connected to a supply pipe 14 into which an inert gas such as argon gas is injected and a discharge pipe 15 in which a gas such as carbon monoxide gas is discharged. A carbon powder 13 as a heat insulating material is filled between the third crucible 26 and the inner surface of the high frequency induction heating furnace 11 so as to cover the third crucible 26.

そして、第3ルツボ26内にペレット16が収容された状態で、不活性ガスを供給管14から第3ルツボ26内に供給して満たし、その状態で高周波誘導加熱炉11を稼働させて第3ルツボ26内を1800〜2000℃に加熱して第1の加熱処理を行う。これにより、前記反応式(1)に基づく酸化ハフニウムの還元・炭化反応を進行させて炭化ハフニウム粉末24を生成させる。 Then, with the pellet 16 accommodated in the third crucible 26, the inert gas is supplied from the supply pipe 14 into the third crucible 26 to fill it, and in that state, the high frequency induction heating furnace 11 is operated to operate the third crucible. The inside of the crucible 26 is heated to 1800 to 2000 ° C. to perform the first heat treatment. As a result, the reduction / carbonization reaction of hafnium oxide based on the reaction formula (1) is allowed to proceed to produce hafnium carbide powder 24.

図3に示すように、第2の加熱処理装置27を構成する真空加熱炉28の真空容器30内には、前記ペレット16が収容される炭化ケイ素製の第4ルツボ29又は炭素製の第5ルツボ33が配置される。前記真空容器30には真空吸引管31が接続され、真空容器30内を所定の真空度まで減圧するようになっている。真空容器30の内周面には断熱材61が配置されるとともに、真空容器30内の空間部にはヒータ62が配設されている。前記第4ルツボ29又は第5ルツボ33には連通孔32が開口され、第4ルツボ29又は第5ルツボ33内を真空加熱炉28内と同じ真空度に設定できるように構成されている。 As shown in FIG. 3, a silicon carbide fourth crucible 29 or a carbon fifth crucible 29 in which the pellet 16 is housed is contained in the vacuum vessel 30 of the vacuum heating furnace 28 constituting the second heat treatment apparatus 27. The crucible 33 is arranged. A vacuum suction pipe 31 is connected to the vacuum vessel 30, so that the inside of the vacuum vessel 30 is depressurized to a predetermined degree of vacuum. A heat insulating material 61 is arranged on the inner peripheral surface of the vacuum container 30, and a heater 62 is arranged in a space inside the vacuum container 30. A communication hole 32 is opened in the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 so that the inside of the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 can be set to the same degree of vacuum as the inside of the vacuum heating furnace 28.

そして、第1の加熱処理が施された後の第3ルツボ26を高周波誘導加熱炉11から取り出し、その第3ルツボ26からペレット16(炭化ハフニウム粉末24)を回収する。ここで、このペレット16(炭化ハフニウム粉末24)の成分分析を行い、未反応の酸化ハフニウムが多く残っている場合には、炭素の微粒子を追加してもよい。 Then, the third crucible 26 after the first heat treatment is taken out from the high frequency induction heating furnace 11, and the pellet 16 (hafnium carbide powder 24) is recovered from the third crucible 26. Here, the components of the pellet 16 (hafnium carbide powder 24) are analyzed, and if a large amount of unreacted hafnium oxide remains, carbon fine particles may be added.

得られたペレット16を第4ルツボ29又は第5ルツボ33内に収容し、その第4ルツボ29又は第5ルツボ33を真空加熱炉28内に配置する。次いで、真空吸引管31から真空加熱炉28内の空気を吸引して真空加熱炉28内を所定の真空度に設定する。このとき、第4ルツボ29又は第5ルツボ33の連通孔32から第4ルツボ29又は第5ルツボ33内の空気も吸引されて第4ルツボ29又は第5ルツボ33内も真空加熱炉28内と同じ真空度に設定される。その状態で、真空加熱炉28内及び第4ルツボ29又は第5ルツボ33内を1800〜2000℃に加熱して第2の加熱処理を行い、酸化ハフニウムの還元・炭化反応をさらに進行させ、炭化ハフニウム粉末24中の炭素粒子を減少させる。 The obtained pellet 16 is housed in the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33, and the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 is placed in the vacuum heating furnace 28. Next, the air in the vacuum heating furnace 28 is sucked from the vacuum suction pipe 31 to set the inside of the vacuum heating furnace 28 to a predetermined degree of vacuum. At this time, the air in the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 is also sucked from the communication hole 32 of the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33, and the inside of the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 is also in the vacuum heating furnace 28. It is set to the same degree of vacuum. In that state, the inside of the vacuum heating furnace 28 and the inside of the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 are heated to 1800 to 2000 ° C. to perform a second heat treatment, and the reduction / carbonization reaction of hafnium oxide is further promoted to carbonize. Reduces carbon particles in hafnium powder 24.

得られた炭化ハフニウム粉末24について、第1の製造方法と同様にしてミリング処理を行い、炭化ハフニウム粉末24を粉砕して微細化するとともに、均質化する。
次に、炭化ハフニウム粉末24の焼結について説明する。
The obtained hafnium carbide powder 24 is subjected to a milling treatment in the same manner as in the first production method, and the hafnium carbide powder 24 is pulverized and homogenized.
Next, sintering of the hafnium carbide powder 24 will be described.

図5(a)に示すように、焼結用の型35(ダイス)を構成する円筒状のダイ36の内側空間部には、上部に上パンチ37が嵌合され、下部には下パンチ38が嵌合されるとともに、上パンチ37と下パンチ38との間に試料充填部39が設けられている。この試料充填部39には、前記ミリング処理された炭化ハフニウム粉末24が充填される。 As shown in FIG. 5A, an upper punch 37 is fitted in the upper portion and a lower punch 38 is fitted in the lower portion in the inner space portion of the cylindrical die 36 constituting the sintering mold 35 (die). Is fitted, and a sample filling portion 39 is provided between the upper punch 37 and the lower punch 38. The sample filling portion 39 is filled with the milled hafnium carbide powder 24.

図5(b)に示すように、パルス通電加圧焼結装置40を構成する前記焼結用の型35の上パンチ37上にはスペーサ41を介して上部電極43が配置され、下パンチ38の下部にはスペーサ41を介して下部電極45が配置されている。前記上部電極43と下部電極45との間にパルス電源46が接続され、上部電極43と下部電極45との間にパルス電流が通電されるようになっている。そして、図5(b)の矢印に示すように、上部電極43と下部電極45に対して上下から加圧した状態で、上部電極43と下部電極45間にパルス電流を通電することにより、炭化ハフニウム粉末24がジュール熱によって加熱、焼結され、焼結体47が形成される。 As shown in FIG. 5B, an upper electrode 43 is arranged on the upper punch 37 of the sintering mold 35 constituting the pulse energization pressure sintering apparatus 40 via a spacer 41, and a lower punch 38 is provided. A lower electrode 45 is arranged below the spacer 41 via a spacer 41. A pulse power supply 46 is connected between the upper electrode 43 and the lower electrode 45, and a pulse current is applied between the upper electrode 43 and the lower electrode 45. Then, as shown by the arrow in FIG. 5 (b), the upper electrode 43 and the lower electrode 45 are pressurized from above and below, and a pulse current is applied between the upper electrode 43 and the lower electrode 45 to carry the carbide. The hafnium powder 24 is heated and sintered by Joule heat to form a sintered body 47.

次に、炭化ハフニウム粉末24の焼結体47より作製されるプラズマ電極について説明する。
図6(a)に示すように、プラズマ切断トーチ50の先端部には略円柱状をなすプラズマ電極52が取り付けられ、その端部にはプラズマアーク53を放出する電極チップ54が嵌入されている。プラズマ電極52の外周部にはプラズマガスを噴出するためのプラズマガス通路55が設けられるとともに、その外周部には窒素ガス等のアシストガスを噴出するためのアシストガス通路56が設けられている。
Next, the plasma electrode produced from the sintered body 47 of the hafnium carbide powder 24 will be described.
As shown in FIG. 6A, a substantially columnar plasma electrode 52 is attached to the tip of the plasma cutting torch 50, and an electrode tip 54 that emits a plasma arc 53 is fitted at the end. .. A plasma gas passage 55 for ejecting plasma gas is provided on the outer peripheral portion of the plasma electrode 52, and an assist gas passage 56 for ejecting an assist gas such as nitrogen gas is provided on the outer peripheral portion thereof.

図6(b)に示すように、プラズマ電極52を構成する電極本体52aの先端部には円柱状の装着孔57が設けられ、その装着孔57に電極チップ54が嵌め込まれている。電極本体52aは銅棒の切削加工により作製され、電極チップ54は炭化ハフニウム粉末24の焼結体47のバルク体から放電加工及び研削加工により作製される。そして、電極チップ54を電極本体52aの装着孔57に嵌め込んでろう付けした後、電極本体52aの先端面から突出した部分を研削加工することによりプラズマ電極52が構成される。 As shown in FIG. 6B, a columnar mounting hole 57 is provided at the tip of the electrode body 52a constituting the plasma electrode 52, and the electrode tip 54 is fitted in the mounting hole 57. The electrode body 52a is manufactured by cutting a copper rod, and the electrode tip 54 is manufactured by electric discharge machining and grinding from a bulk body of a sintered body 47 of hafnium carbide powder 24. Then, the electrode tip 54 is fitted into the mounting hole 57 of the electrode body 52a and brazed, and then the portion protruding from the tip surface of the electrode body 52a is ground to form the plasma electrode 52.

次に、本実施形態の炭化ハフニウム粉末24及びその製造方法について作用を説明する。
さて、炭化ハフニウム粉末24を製造する場合には、前述した第1の製造方法と第2の製造方法とがある。第1の製造方法では第1ルツボ12内に第2ルツボ17を配置し、その第2ルツボ17内で炭化ハフニウム粉末24を製造することから、高周波誘導加熱炉11内から密閉された第2ルツボ17を取り出した後にその第2ルツボ17から炭化ハフニウム粉末24を回収することができる。このため、炭素製の第1ルツボ12や断熱材としての炭素粉末13の影響を受けることがなく、炭化ハフニウム粉末24への炭素粒子の混入を回避することができる。
Next, the operation of the hafnium carbide powder 24 of the present embodiment and the method for producing the same will be described.
When the hafnium carbide powder 24 is produced, there are the above-mentioned first production method and the second production method. In the first manufacturing method, the second crucible 17 is arranged in the first crucible 12, and the hafnium carbide powder 24 is produced in the second crucible 17, so that the second crucible is sealed from the high frequency induction heating furnace 11. After taking out 17, the hafnium carbide powder 24 can be recovered from the second crucible 17. Therefore, it is not affected by the first crucible 12 made of carbon and the carbon powder 13 as a heat insulating material, and it is possible to avoid mixing of carbon particles in the hafnium carbide powder 24.

第2の製造方法では、従来法である第1の加熱処理を高周波誘導加熱炉11内の第3ルツボ26内で行った後、第3ルツボ26内から炭化ハフニウム粉末24を取り出して第4ルツボ29又は第5ルツボ33内に移し、それを真空加熱炉28内に配置して第2の加熱処理を行う。そのため、第1の加熱処理で炭化ハフニウム粉末24に混入した炭素粒子は、第2の加熱処理において酸化ハフニウムの還元・炭化反応により消費される。その結果、炭化ハフニウム粉末24中の炭素粒子の含有量が抑えられる。 In the second manufacturing method, the first heat treatment, which is a conventional method, is performed in the third crucible 26 in the high-frequency induction heating furnace 11, and then the hafnium carbide powder 24 is taken out from the third crucible 26 to take out the fourth crucible. It is transferred into the 29 or the 5th crucible 33 and placed in the vacuum heating furnace 28 to perform the second heat treatment. Therefore, the carbon particles mixed in the hafnium carbide powder 24 in the first heat treatment are consumed by the reduction / carbonization reaction of hafnium oxide in the second heat treatment. As a result, the content of carbon particles in the hafnium carbide powder 24 is suppressed.

従って、炭化ハフニウム粉末24は不純物としての炭素粒子の含有量が0.03質量%以下に抑制される。よって、炭化ハフニウム粉末24から焼結される焼結体47の品質を高めることができ、そのような焼結体47から作製されるプラズマ電極52の電極チップ54について炭素粒子に基づく割れを抑えることができ、その寿命を延長させることができる。 Therefore, the content of carbon particles as impurities in the hafnium carbide powder 24 is suppressed to 0.03% by mass or less. Therefore, the quality of the sintered body 47 sintered from the hafnium carbide powder 24 can be improved, and cracking due to carbon particles can be suppressed in the electrode chip 54 of the plasma electrode 52 produced from such the sintered body 47. And can extend its life.

以上詳述した実施形態によって得られる効果を以下にまとめて記載する。
(1)この実施形態のプラズマ電極52用の炭化ハフニウム粉末24は、化学式HfC(但し、x=0.5〜1.0)で表される炭化ハフニウムの粉末であって、不純物としての炭素粒子の含有量が0.03質量%以下のものである。
The effects obtained by the above-described embodiment are summarized below.
(1) The hafnium carbide powder 24 for the plasma electrode 52 of this embodiment is a hafnium carbide powder represented by the chemical formula HfC x (where x = 0.5 to 1.0), and carbon as an impurity. The particle content is 0.03% by mass or less.

従って、実施形態の炭化ハフニウム粉末24によれば、不純物としての炭素粒子の混入が抑制され、炭化ハフニウム粉末24の品質を向上させることができる。
(2)前記炭化ハフニウム粉末24の平均粒子径が0.5〜2μmである。このため、炭化ハフニウム粉末24は粒子が微細で粒子径分布が狭く、均質であり、緻密な焼結体47を得ることができる。
Therefore, according to the hafnium carbide powder 24 of the embodiment, the mixing of carbon particles as impurities can be suppressed, and the quality of the hafnium carbide powder 24 can be improved.
(2) The average particle size of the hafnium carbide powder 24 is 0.5 to 2 μm. Therefore, the hafnium carbide powder 24 has fine particles, a narrow particle size distribution, is homogeneous, and a dense sintered body 47 can be obtained.

(3)前記炭化ハフニウム粉末の第1の製造方法では、酸化ハフニウムと炭素の混合粉のペレット16を炭化ケイ素製の第2ルツボ17内に収容し、その第2ルツボ17を炭素製の第1ルツボ12内に配置して1800〜2000℃で加熱反応を行い、炭化ハフニウム粉末24を生成させる。そのため、第1ルツボ12内に配置された第2ルツボ17内で炭化ハフニウム粉末24を生成させることができ、その第2ルツボ17を第1ルツボ12から取り出した後炭化ハフニウム粉末24を回収することができ、炭化ハフニウム粉末24への不純物の混入を回避することができる。 (3) In the first method for producing hafnium carbide powder, pellets 16 of a mixed powder of hafnium oxide and carbon are housed in a second crucible 17 made of silicon carbide, and the second crucible 17 is made of carbon first. It is placed in a crucible 12 and heated at 1800 to 2000 ° C. to produce hafnium carbide powder 24. Therefore, the hafnium carbide powder 24 can be generated in the second crucible 17 arranged in the first crucible 12, and the hafnium carbide powder 24 is recovered after the second crucible 17 is taken out from the first crucible 12. It is possible to prevent impurities from being mixed into the hafnium carbide powder 24.

(4)前記炭化ハフニウム粉末24の第2の製造方法では、第1の加熱処理として前記ペレット16を炭素製の第3ルツボ26内に収容するとともに、その第3ルツボ26を高周波誘導加熱炉11内に配置し、該高周波誘導加熱炉11内に炭素粉末13を充填した状態で、第3ルツボ26内に不活性ガスを供給して1800〜2000℃で加熱反応を行う。得られた炭化ハフニウム粉末24を第4ルツボ29又は第5ルツボ33に移し、第2の加熱処理として真空加熱炉28内及び第4ルツボ29又は第5ルツボ33内を真空にして1800〜2000℃で加熱反応を行い、炭化ハフニウム粉末24を生成させる。 (4) In the second method for producing the hafnium carbide powder 24, the pellet 16 is housed in a carbon third crucible 26 as a first heat treatment, and the third crucible 26 is housed in a high frequency induction heating furnace 11. In a state where the high-frequency induction heating furnace 11 is filled with carbon powder 13, an inert gas is supplied into the third crucible 26 to carry out a heating reaction at 1800 to 2000 ° C. The obtained hafnium carbide powder 24 is transferred to the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33, and as a second heat treatment, the inside of the vacuum heating furnace 28 and the inside of the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 are evacuated to 1800 to 2000 ° C. Is heated to produce hafnium carbide powder 24.

このため、第1の加熱処理で得られた炭化ハフニウム粉末24中の不純物である炭素粒子を第2の加熱処理で反応させて極力減少させることができる。
(5)前記生成した炭化ハフニウム粉末24にミリング処理を施して炭化ハフニウム粉末24の粒度を調整する。このミリング処理により、炭化ハフニウム粉末24を微細化及び均質化することができる。
Therefore, carbon particles, which are impurities in the hafnium carbide powder 24 obtained in the first heat treatment, can be reacted in the second heat treatment to reduce as much as possible.
(5) The produced hafnium carbide powder 24 is subjected to a milling treatment to adjust the particle size of the hafnium carbide powder 24. By this milling treatment, the hafnium carbide powder 24 can be refined and homogenized.

(6)前記炭化ハフニウム粉末24をパルス通電加圧焼結装置40により加熱、焼結することにより炭化ハフニウム粉末24の焼結体47が得られる。このため、焼結体47は炭化ハフニウム粉末24より簡単に得られるとともに、炭化ハフニウム粉末24の特性に基づいて不純物の少ない均質なものとなる。 (6) The sintered body 47 of the hafnium carbide powder 24 is obtained by heating and sintering the hafnium carbide powder 24 by the pulse energization pressure sintering apparatus 40. Therefore, the sintered body 47 can be obtained more easily than the hafnium carbide powder 24, and is homogeneous with few impurities based on the characteristics of the hafnium carbide powder 24.

(7)前記炭化ハフニウム粉末24の焼結体47によりプラズマ電極52を構成することができる。従って、プラズマ電極52は安定した品質を発揮できるとともに、その寿命を延長することができる。 (7) The plasma electrode 52 can be formed by the sintered body 47 of the hafnium carbide powder 24. Therefore, the plasma electrode 52 can exhibit stable quality and can extend its life.

以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
この実施例1では、前述した第1の製造方法で炭化ハフニウム粉末24を製造した。
Hereinafter, the embodiment will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
(Example 1)
In this Example 1, the hafnium carbide powder 24 was produced by the above-mentioned first production method.

まず、炭化ハフニウム粉末24の原料となる平均粒子径1μm以下の酸化ハフニウム粉末と、平均粒子径0.1μm以下のカーボンブラック粉末とを湿式混合、乾燥した後解砕して凝集体の粒子径を3mm以下とし、それをプレス成形して直径75mmの円柱状をなすペレット16を作製した。 First, the hafnium oxide powder having an average particle size of 1 μm or less, which is the raw material of the hafnium carbide powder 24, and the carbon black powder having an average particle size of 0.1 μm or less are wet-mixed, dried, and then crushed to obtain the particle size of the aggregate. The pellet 16 had a diameter of 3 mm or less and was press-molded to prepare a columnar pellet 16 having a diameter of 75 mm.

得られたペレット16を第2ルツボ17内に収容し、その第2ルツボ17を第1ルツボ12内に配置した。そして、供給管14からアルゴンガスを第1ルツボ12内に供給した状態で、高周波誘導加熱炉11を稼働させて第2ルツボ17内を1800〜2000℃に加熱して酸化ハフニウムの還元・炭化反応を行い、炭化ハフニウム粉末24を製造した。得られた炭化ハフニウム粉末24の平均粒子径は0.72μmであった。この炭化ハフニウム粉末24中の不純物である炭素粒子の含有量は0.01質量%であった。なお、この炭素粒子の粒子径は5〜10μmであった。 The obtained pellet 16 was housed in the second crucible 17, and the second crucible 17 was placed in the first crucible 12. Then, with the argon gas supplied from the supply pipe 14 into the first crucible 12, the high frequency induction heating furnace 11 is operated to heat the inside of the second crucible 17 to 1800 to 2000 ° C. to reduce and carbonize hafnium oxide. To produce hafnium carbide powder 24. The average particle size of the obtained hafnium carbide powder 24 was 0.72 μm. The content of carbon particles, which are impurities in the hafnium carbide powder 24, was 0.01% by mass. The particle size of the carbon particles was 5 to 10 μm.

次に、得られた炭化ハフニウム粉末24について、遊星式ボールミル20を用いた乾式ミリング法にて4時間ミリング処理を行った。
続いて、ミリング処理後の炭化ハフニウム粉末24をパルス通電加圧焼結装置40で70〜90MPaの加圧下に1800〜1900℃に加熱して焼結し、直径30mm、長さ6mmの焼結体47を調製した。この焼結体47を放電加工して直径2mm、長さ6mmのプラズマ電極52の電極チップ54を得た。この電極チップ54を用い、銀ろう付け、切削加工、面取りなどの操作を行ってプラズマ電極52を製造した。
Next, the obtained hafnium carbide powder 24 was milled for 4 hours by a dry milling method using a planetary ball mill 20.
Subsequently, the hafnium carbide powder 24 after the milling treatment is heated to 1800 to 1900 ° C. under a pressure of 70 to 90 MPa with a pulse energization pressure sintering apparatus 40 and sintered, and a sintered body having a diameter of 30 mm and a length of 6 mm is obtained. 47 was prepared. The sintered body 47 was subjected to electric discharge machining to obtain an electrode tip 54 of a plasma electrode 52 having a diameter of 2 mm and a length of 6 mm. Using this electrode tip 54, the plasma electrode 52 was manufactured by performing operations such as silver brazing, cutting, and chamfering.

得られたプラズマ電極52について、電流300Aの条件下でプラズマアーク53のアーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係及びプラズマアーク53のアーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を求め、図7及び図8に示した。図7(a)及び図8(a)は炭化ハフニウム粉末24のミリング処理をしない場合を示し、図7(b)及び図8(b)は炭化ハフニウム粉末24のミリング処理を行った場合を示す。また、各図中の□、△及び×印は焼結の条件が1850℃、80MPaの3つのサンプルの結果を表し、○印は焼結の条件が1900℃、70MPaの場合を表す。 Regarding the obtained plasma electrode 52, the relationship between the arc time (min) of the plasma arc 53 and the electrode wear depth (mm) and the arc time (min) of the plasma arc 53 and the electrode wear mass (mg) under the condition of a current of 300 A. ), And are shown in FIGS. 7 and 8. 7 (a) and 8 (a) show the case where the hafnium carbide powder 24 is not milled, and FIGS. 7 (b) and 8 (b) show the case where the hafnium carbide powder 24 is milled. .. In addition, □, Δ and × in each figure represent the results of three samples with sintering conditions of 1850 ° C. and 80 MPa, and ○ marks represent cases where the sintering conditions are 1900 ° C. and 70 MPa.

これらの図7及び図8に示したように、実施例1の炭化ハフニウム粉末24を用いて得られたプラズマ電極52は、炭化ハフニウム粉末24のミリング処理の有無に拘らず長寿命であることが示された。さらに、ミリング処理を行った場合の方がミリング処理を行わなかった場合に比べてサンプル間の差が少なく、均質であることが示された。 As shown in FIGS. 7 and 8, the plasma electrode 52 obtained by using the hafnium carbide powder 24 of Example 1 has a long life regardless of the presence or absence of the milling treatment of the hafnium carbide powder 24. Shown. Furthermore, it was shown that the difference between the samples was smaller in the case where the milling treatment was performed than in the case where the milling treatment was not performed, and the samples were homogeneous.

(比較例1)
この比較例1では、従来法により炭化ハフニウム粉末24を製造した。すなわち、前記第2の製造方法における第1の加熱処理により炭化ハフニウム粉末24を製造した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, hafnium carbide powder 24 was produced by a conventional method. That is, the hafnium carbide powder 24 was produced by the first heat treatment in the second production method.

図2に示すように、前記実施例1のペレット16を炭素製の第3ルツボ26内に収容し、その第3ルツボ26を高周波誘導加熱炉11内に配置し、第3ルツボ26と高周波誘導加熱炉11内面との間に断熱材として炭素粉末13を充填した。次いで、高周波誘導加熱炉11を稼働させて第3ルツボ26内を1800〜2000℃に加熱し、酸化ハフニウムの還元・炭化反応により炭化ハフニウム粉末24を得た。 As shown in FIG. 2, the pellet 16 of the first embodiment is housed in a carbon third crucible 26, the third crucible 26 is arranged in a high frequency induction heating furnace 11, and the third crucible 26 and the high frequency induction are arranged. A carbon powder 13 was filled between the inner surface of the heating furnace 11 and the inner surface of the heating furnace 11 as a heat insulating material. Next, the high-frequency induction heating furnace 11 was operated to heat the inside of the third rutsubo 26 to 1800 to 2000 ° C., and the hafnium carbide powder 24 was obtained by the reduction / carbonization reaction of hafnium oxide.

得られた炭化ハフニウム粉末24の平均粒子径は0.71μmであった。また、炭化ハフニウム粉末24中の不純物である炭素粒子の含有量は0.06質量%であった。なお、この炭素粒子の粒子径は5〜50μmの広い範囲に亘っていた。 The average particle size of the obtained hafnium carbide powder 24 was 0.71 μm. The content of carbon particles, which are impurities in the hafnium carbide powder 24, was 0.06% by mass. The particle size of the carbon particles covered a wide range of 5 to 50 μm.

次いで、この炭化ハフニウム粉末24について、実施例1と同様にして遊星式ボールミル20を用いた乾式ミリング法にてミリング処理を行った。さらに、炭化ハフニウム粉末24を実施例1と同様にしてパルス通電加圧焼結装置40で加熱、焼結して直径30mmの円柱状をなす焼結体47を得た。その焼結体47を放電加工して電極チップ54を得てプラズマ電極52を製造した。 Next, the hafnium carbide powder 24 was milled by a dry milling method using a planetary ball mill 20 in the same manner as in Example 1. Further, the hafnium carbide powder 24 was heated and sintered by the pulse energization pressure sintering apparatus 40 in the same manner as in Example 1 to obtain a sintered body 47 having a columnar shape having a diameter of 30 mm. The sintered body 47 was subjected to electric discharge machining to obtain an electrode chip 54, and a plasma electrode 52 was manufactured.

得られたプラズマ電極52について、電流150Aの条件下でプラズマアーク53のアーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係及びプラズマアーク53のアーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を求め、図9(a)及び図9(b)に示した。なお、各図中の□、△、○及び×印は同一条件の4つのサンプルの結果を示す。 Regarding the obtained plasma electrode 52, the relationship between the arc time (min) of the plasma arc 53 and the electrode wear depth (mm) and the arc time (min) of the plasma arc 53 and the electrode wear mass (mg) under the condition of a current of 150 A. ), And are shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). The □, Δ, ○ and × marks in each figure indicate the results of four samples under the same conditions.

これらの図9(a)及び図9(b)に示したように、比較例1の炭化ハフニウム粉末24を用いて得られたプラズマ電極52は、電流が実施例1の半分の150Aであるにも拘らず、アーク時間が180〜300minで消耗深さや消耗質量が急激に上昇しており、明らかに寿命が短い。 As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the plasma electrode 52 obtained by using the hafnium carbide powder 24 of Comparative Example 1 has a current of 150 A, which is half that of Example 1. Nevertheless, the arc time is 180 to 300 min, the consumption depth and the consumption mass increase sharply, and the life is obviously short.

(実施例2)
この実施例2では、前述した第2の製造方法で炭化ハフニウム粉末24を製造した。炭化ハフニウム粉末24の原料となるペレット16は実施例1と同様にして調製した。
(Example 2)
In this Example 2, the hafnium carbide powder 24 was produced by the second production method described above. The pellet 16 used as a raw material for the hafnium carbide powder 24 was prepared in the same manner as in Example 1.

図2に示すように、上記ペレット16を炭素製の第3ルツボ26内に収容し、その第3ルツボ26を高周波誘導加熱炉11内に配置し、第3ルツボ26と高周波誘導加熱炉11内面との間に断熱材として炭素粉末13を充填した。次いで、高周波誘導加熱炉11を稼働させて第3ルツボ26内を1800〜2000℃に加熱して第1の加熱処理を行い、酸化ハフニウムの還元・炭化反応により炭化ハフニウム粉末24を得た。 As shown in FIG. 2, the pellet 16 is housed in a carbon third crucible 26, the third crucible 26 is arranged in the high frequency induction heating furnace 11, and the third crucible 26 and the inner surface of the high frequency induction heating furnace 11 are arranged. Carbon powder 13 was filled between the two as a heat insulating material. Next, the high-frequency induction heating furnace 11 was operated to heat the inside of the third rutsubo 26 to 1800 to 2000 ° C. to perform the first heat treatment, and the hafnium carbide powder 24 was obtained by the reduction / carbonization reaction of hafnium oxide.

次に、図3に示すように、前記第3ルツボ26を高周波誘導加熱炉11内から取り出し、その第3ルツボ26内の炭化ハフニウム粉末24を炭化ケイ素製の第4ルツボ29内に装填した。続いて、第4ルツボ29を真空加熱炉28内に配置した後、真空加熱炉28内を10Pa程度の真空下で1800〜2000℃に加熱して第2の加熱処理を行った。この第2の加熱処理により、酸化ハフニウムの還元・炭化反応を促進させ、残留している不純物としての炭素粒子を減少させた炭化ハフニウム粉末24を得た。 Next, as shown in FIG. 3, the third crucible 26 was taken out from the high frequency induction heating furnace 11, and the hafnium carbide powder 24 in the third crucible 26 was loaded into the fourth crucible 29 made of silicon carbide. Subsequently, after arranging the fourth crucible 29 in the vacuum heating furnace 28, the inside of the vacuum heating furnace 28 was heated to 1800 to 2000 ° C. under a vacuum of about 10 Pa to perform the second heat treatment. By this second heat treatment, a hafnium carbide powder 24 was obtained in which the reduction / carbonization reaction of hafnium oxide was promoted and carbon particles as residual impurities were reduced.

このようにして得られた炭化ハフニウム粉末24の平均粒子径は1.19μmであった。また、炭化ハフニウム粉末24中の不純物である炭素粒子の含有量は0.02質量%であった。なお、この炭素粒子の粒子径は5〜10μmであった。 The average particle size of the hafnium carbide powder 24 thus obtained was 1.19 μm. The content of carbon particles, which are impurities in the hafnium carbide powder 24, was 0.02% by mass. The particle size of the carbon particles was 5 to 10 μm.

(実施例3)
この実施例3では、前記実施例2において、第3ルツボ26内の炭化ハフニウム粉末24をカーボン製の第5ルツボ33内に装填して第2の加熱処理を行った以外は実施例2と同様にして炭化ハフニウム粉末24を調製した。
(Example 3)
In Example 3, the same as in Example 2 except that the hafnium carbide powder 24 in the third crucible 26 was loaded into the carbon fifth crucible 33 and the second heat treatment was performed. Hafnium carbide powder 24 was prepared.

その結果、得られた炭化ハフニウム粉末24の平均粒子径は1.02μmであった。また、炭化ハフニウム粉末24中の不純物である炭素粒子の含有量は0.02質量%であった。なお、この炭素粒子の粒子径は5〜10μmであった。 As a result, the average particle size of the obtained hafnium carbide powder 24 was 1.02 μm. The content of carbon particles, which are impurities in the hafnium carbide powder 24, was 0.02% by mass. The particle size of the carbon particles was 5 to 10 μm.

(比較例2)
この比較例2では、従来使用されている金属ハフニウム電極について、電流300Aの条件下でプラズマアーク53のアーク時間(min)と電極消耗深さ(mm)との関係及びプラズマアーク53のアーク時間(min)と電極消耗質量(mg)との関係を求め、図10(a)及び図10(b)に示した。なお、各図中の□印はサンプル1、×印はサンプル2の結果を示す。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, regarding the conventionally used metal hafnium electrode, the relationship between the arc time (min) of the plasma arc 53 and the electrode consumption depth (mm) and the arc time of the plasma arc 53 (the arc time of the plasma arc 53) under the condition of a current of 300 A. The relationship between min) and the electrode consumption mass (mg) was determined and shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). In each figure, □ indicates the result of sample 1, and × indicates the result of sample 2.

これらの図10(a)及び図10(b)に示したように、比較例2の金属ハフニウム電極では、電流が300Aのとき、アーク時間が150minで消耗深さや消耗質量が急に上昇する傾向を示し、実施例1に比べて寿命が短いことは明らかである。 As shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), in the metal hafnium electrode of Comparative Example 2, when the current is 300 A, the consumption depth and the consumption mass tend to suddenly increase at an arc time of 150 min. It is clear that the life is shorter than that of Example 1.

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記ミリング処理として、振動式ボールミル、湿式ボールミル等を使用した処理方法を採用することもできる。
It is also possible to modify the embodiment as follows to embody it.
-As the milling process, a processing method using a vibrating ball mill, a wet ball mill, or the like can also be adopted.

・前記高周波誘導加熱に代えて、マイクロ波加熱、通電加熱等の加熱方法を採用してもよい。
・前記第4ルツボ29又は第5ルツボ33の材質をアルミナ、マグネシア、ジルコニア等のセラミックスに変更してもよい。
-Instead of the high frequency induction heating, a heating method such as microwave heating or energization heating may be adopted.
-The material of the 4th crucible 29 or the 5th crucible 33 may be changed to ceramics such as alumina, magnesia, and zirconia.

11…高周波誘導加熱炉、12…第1ルツボ、17…第2ルツボ、20…遊星式ボールミル、24…炭化ハフニウム粉末、25…第1の加熱処理装置、26…第3ルツボ、27…第2の加熱処理装置、28…真空加熱炉、29…第4ルツボ、33…第5ルツボ、52…プラズマ電極。
11 ... High frequency induction heating furnace, 12 ... 1st crucible, 17 ... 2nd crucible, 20 ... Planetary ball mill, 24 ... Hafnium carbide powder, 25 ... 1st heat treatment device, 26 ... 3rd crucible, 27 ... 2nd Heat treatment device, 28 ... Vacuum heating furnace, 29 ... 4th crucible, 33 ... 5th crucible, 52 ... Plasma electrode.

Claims (7)

化学式HfC(但し、x=0.5〜1.0)で表される炭化ハフニウムの粉末であって、不純物としての炭素粒子の含有量が0.03質量%以下であり、前記炭素粒子の粒子径が5〜10μmの範囲内であるプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末。 Formula HfC x (where, x = 0.5 to 1.0) a powder of hafnium carbide represented by state, and are content 0.03 wt% carbon particles as an impurity, said carbon particles hafnium carbide powders for range der Ru plasma electrode particle size of the 5 to 10 [mu] m. 前記炭化ハフニウム粉末の平均粒子径が0.5〜2μmである請求項1に記載のプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末。 The hafnium carbide powder for a plasma electrode according to claim 1, wherein the hafnium carbide powder has an average particle size of 0.5 to 2 μm. 化学式HfC(但し、x=0.5〜1.0)で表され、不純物としての炭素粒子の含有量が0.03質量%以下であるプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末の製造方法であって、
酸化ハフニウムと炭素の混合粉を炭化ケイ素製のルツボ内に収容し、そのルツボを炭素製のルツボ内に配置して1800〜2000℃で加熱処理を行い、炭化ハフニウム粉末を生成させるプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末の製造方法。
Formula HfC x (where, x = 0.5 to 1.0) is represented by, in the manufacturing method of the hafnium carbide powder for the plasma electrodes content of carbon particles as a non neat is less than 0.03 wt% There,
A mixed powder of hafnium oxide and carbon is housed in a silicon carbide crucible, and the crucible is placed in a carbon crucible and heat-treated at 1800 to 2000 ° C. for a plasma electrode for producing hafnium carbide powder. A method for producing hafnium carbide powder.
化学式HfC(但し、x=0.5〜1.0)で表され、不純物としての炭素粒子の含有量が0.03質量%以下であるプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末の製造方法であって、
酸化ハフニウムと炭素の混合粉を炭素製のルツボ内に収容するとともに、そのルツボを高周波誘導加熱炉内に配置し、該高周波誘導加熱炉内にルツボを覆うように炭素粉末を充填した状態で、ルツボ内に不活性ガスを供給して1800〜2000℃で第1の加熱処理を行って炭化ハフニウム粉末を得た後、前記ルツボ内の炭化ハフニウム粉末を炭化ケイ素製又は炭素製のルツボに移し替え、そのルツボを真空加熱炉内に配置して真空状態にて1800〜2000℃で第2の加熱処理を行い、炭化ハフニウム粉末を生成させるプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末の製造方法。
Formula HfC x (where, x = 0.5 to 1.0) is represented by, in the manufacturing method of the hafnium carbide powder for the plasma electrodes content of carbon particles as a non neat is less than 0.03 wt% There,
A mixed powder of hafnium oxide and carbon is housed in a carbon crucible, the crucible is placed in a high-frequency induction heating furnace, and the high-frequency induction heating furnace is filled with carbon powder so as to cover the crucible. An inert gas is supplied into the crucible and the first heat treatment is performed at 1800 to 2000 ° C. to obtain a hafnium carbide powder, and then the hafnium carbide powder in the crucible is transferred to a silicon carbide or carbon crucible. A method for producing a silicon carbide hafnium powder for a plasma electrode, wherein the crucible is placed in a vacuum heating furnace and a second heat treatment is performed at 1800 to 2000 ° C. in a vacuum state to generate a carbide hafnium powder.
前記生成した炭化ハフニウム粉末にミリング処理を施して炭化ハフニウム粉末の粒度を調整する請求項3又は請求項4に記載のプラズマ電極用の炭化ハフニウム粉末の製造方法。 The method for producing a hafnium carbide powder for a plasma electrode according to claim 3 or 4, wherein the produced hafnium carbide powder is subjected to a milling treatment to adjust the particle size of the hafnium carbide powder. 請求項1又は請求項2に記載の炭化ハフニウム粉末が焼結されたプラズマ電極用の炭化ハフニウム焼結体。 A hafnium carbide sintered body for a plasma electrode in which the hafnium carbide powder according to claim 1 or 2 is sintered. 請求項6に記載のプラズマ電極用の炭化ハフニウム焼結体より構成されるプラズマ電極。 A plasma electrode composed of a hafnium carbide sintered body for the plasma electrode according to claim 6.
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