JP3107992B2 - Ｇｄ２Ｏ３添加ＵＯ２ペレットの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｇｄ_２Ｏ_３添加Ｕ
Ｏ_２ペレットの製造方法に関し、特にＵＯ_２ペレットの
焼結密度を制御することが可能なペレットの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）を添加
したＵＯ_２ペレットの従来からの一般的な製造法は、図
１（ｂ）に示すように、ＵＯ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３粉末を
機械的に混合し、予備成形し、造粒、成形を経て焼結す
る工程からなる。ＵＯ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３を機械的に混
合する手段としては、Ｖ型容器と容器内部の撹拌翼が回
転することにより粉末を混合する、図３に示すＶ型混合
方式やボールの衝撃力により粉末を粉砕しながら混合す
る、図４に示すボールミル混合方式が一般的である。

【０００３】従来、焼結されたＧｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペ
レットの焼結密度を制御するには、成形圧力および焼結
温度を制御パラメータとして使用している。しかし、成
形圧力と焼結温度の２つのパラメータのみでは粉末特性
や混合状態そのものに起因する焼結特性を変えることは
できず、そのため焼結密度の制御に一定の制約が課せら
れることになる。すなわち、焼結性が高い場合は、成形
圧力を低くするか、あるいは焼結温度を低くすることを
選択する。しかし、成形圧力を低くすると強度が落ち、
焼結温度を低くするとデンシフィケーション値（焼きし
まり量）に悪影響を及ぼすことになる。また、焼結性が
低い場合は、成形圧力および焼結温度を高くするが、こ
れに伴って機器の仕様上の限界点が問題となってくる。
従って、Ｇｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペレットの製造におい
て、限られた範囲の成形圧力および焼結温度しか採用す
ることができなくなり、品質上の制限も受けることとな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｇｄ_２Ｏ_３
を添加したＵＯ_２ペレットの焼結密度を制御するパラメ
ータとして、成形圧力および焼結温度以外のパラメータ
を用いることにより、焼結密度を制御することが可能な
ペレットの製造方法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】Ｇｄ_２Ｏ_３を添加したＵ
Ｏ_２ペレットは、固溶体を形成し、Ｇｄ_２Ｏ_３のＵＯ_２
への固溶状態の変化に伴ってその焼結密度も変わる。固
溶状態を変化させるファクターとしては、成形圧力
（成形体密度）、焼結温度、粉末（ＵＯ_２とＧｄ_２
Ｏ_３）の特性、ＵＯ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３粉末の混合状
態、が挙げられる。

【０００６】本発明者らは、Ｇｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペレ
ットの焼結密度を制御するためには、従来使用されてい
た成形圧力および焼結温度の制御ファクターだけで
なく、粉末（ＵＯ_２とＧｄ_２Ｏ_３）の特性およびＵ
Ｏ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３粉末の混合状態を制御ファクター
として使用することに着目した。さらに、ＵＯ_２粉末と
Ｇｄ_２Ｏ_３粉末を混合する方法として、従来使用されて
いるＶ型混合方式やボールミル混合方式に代えて、ハン
マミル方式を採用すれば焼結密度の制御が一層向上する
ことを見い出した。

【０００７】本発明は、下記の事項をその要旨としてい
る。Ｇｄ_２Ｏ_３を添加したＵＯ_２ペレットの製造方法に
おいて、まずＵＯ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３粉末を粉末の流動
性を利用して予備的に混合する工程、および次いでこの
凝集粒子をハンマミル方式粉砕機を用いて混合する工程
を含み、該ハンマミル方式粉砕機のハンマの回転数を５
０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍの間で調整することに
よってペレットの焼結密度を制御することを特徴とす
る、Ｇｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペレットの製造方法。

【０００８】以下に、本発明を詳細に説明する。ＵＯ_２
粉末およびＧｄ_２Ｏ_３粉末は、一般的に凝集粒子を形成
している。その粒子の大きさは、ＵＯ_２粉末で１０μｍ
〜１０００μｍ、Ｇｄ_２Ｏ_３粉末で１μｍ〜３０μｍと
不均一である。また、その混合割合は、通常Ｇｄ_２Ｏ_３
粉末が１〜１０重量％程度である。この両粉末を混合す
るに際し、一般に使用されているＶ型混合方式で混合す
ると、前述した凝集粒子の大きさの不均一および混合割
合の差により凝集粒子の破砕が充分に行われず、均一性
に劣る混合粉末しか得られない。また、ボールミル混合
方式を採用した場合では、凝集粒子の粉砕は可能である
が、破砕された粉末の粒子径と混合状態を細かく制御す
ることは難しい。

【０００９】本発明は、ＵＯ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３粉末を
ハンマミル方式の粉砕機を用いて混合することを特徴と
している。ハンマミル方式の粉砕機を使用すると、ハン
マの回転数、粉末の供給量、スクリーンサイズを変化さ
せることにより、粉末の粒子径および混合状態を細かく
制御することができる。更に、これにより焼結密度を幅
広く所望の値に制御することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によりさら
に説明する。図１（ａ）に示す予備混合工程とハンマミ
ルを用いた混合工程を含む本発明法と図１（ｂ）に示す
Ｖ型混合機を用いた混合工程を含む従来の製造法によ
り、それぞれＧｄ_２Ｏ_３７．５重量％添加したＵＯ_２焼
結ペレットを製造した。本発明法のハンマミル混合方式
による混合工程においては、ハンマ回転数を５０００ｒ
ｐｍ、６０００ｒｐｍおよび７０００ｒｐｍの３段階に
変化させた。

【００１１】これらの試料について成形圧力と焼結体密
度、成形体密度との関係を調査した。その結果を焼結特
性試験結果として、図５に示す。図５に示すように、本
発明法によれば、ハンマの回転数を５０００ｒｐｍ、６
０００ｒｐｍおよび７０００ｒｐｍと変えることにより
焼結体密度も規則的と変化している。このことから、ハ
ンマの回転数を変えることによりＵＯ_２焼結ペレットの
焼結特性を細やかに自由に制御することができる。ま
た、ハンマミルで混合後の凝集粒子径はＵＯ_２粉末が５
〜５０μｍ、Ｇｄ_２Ｏ_３粉末が１〜１５μｍであり、混
合前のＵＯ_２粉末が１０〜１０００μｍ、Ｇｄ_２Ｏ_３粉
末が１〜３０μｍであるのに比べると、混合性が向上し
たことが分る。

【００１２】

【発明の効果】焼結密度を制御するために、従来は成形
圧力と焼結温度を制御ファクターとして用いていたが、
本発明によりハンマミル粉砕機の回転数を第３の制御フ
ァクターとして用いることにより、焼結密度の制御が確
実に行うことができると共に大きな余裕度が得られる。
さらにこれにより、Ｇｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペレットの生
産性が向上し品質の改善も図られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｇｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペレットの製造工程図で
あって、（ａ）は本発明製造法の工程、（ｂ）は従来の
製造法の工程を示す説明図である。

【図２】本発明製造法に採用するハンマミル混合方式の
説明図である。

【図３】従来の製造法に適用されていたＶ型混合方式の
説明図である。

【図４】従来の製造法に適用されていたボールミル混合
方式の説明図である。

【図５】本発明製造法に係る粉砕混合機のハンマ回転数
によって変化する焼結密度と成形密度を示す焼結性試験
結果のグラフである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｇｄ_２Ｏ_３を添加したＵＯ_２ペレットの製
   造方法において、まずＵＯ_２粉末とＧｄ_２Ｏ_３粉末を粉
   末の流動性を利用して予備的に混合する工程、および次
   いでこの凝集粒子をハンマミル方式粉砕機を用いて混合
   する工程を含み、該ハンマミル方式粉砕機のハンマの回
   転数を５０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍの間で調整す
   ることによってペレットの焼結密度を制御することを特
   徴とする、Ｇｄ_２Ｏ_３添加ＵＯ_２ペレットの製造方法。