JPH0122813B2 - - Google Patents
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- JPH0122813B2 JPH0122813B2 JP60001714A JP171485A JPH0122813B2 JP H0122813 B2 JPH0122813 B2 JP H0122813B2 JP 60001714 A JP60001714 A JP 60001714A JP 171485 A JP171485 A JP 171485A JP H0122813 B2 JPH0122813 B2 JP H0122813B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
- B01J12/002—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor carried out in the plasma state
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はプラズマ利用化学反応装置に関する。
更に詳しくは、高周波を利用して発生させたプラ
ズマにより化学反応を起させ、金属、セラミツク
ス、半導体、耐火物などの粉末、単結晶、フイル
ム、コーテイングを作る装置に関する。
更に詳しくは、高周波を利用して発生させたプラ
ズマにより化学反応を起させ、金属、セラミツク
ス、半導体、耐火物などの粉末、単結晶、フイル
ム、コーテイングを作る装置に関する。
従来技術
高周波（例えばラジオ波、マイクロ波）を利用
して発生させた熱プラズマにより化学反応を起こ
させることは、1961年M.I.TのReedにより開発
された。この反応装置は、第１図ａに示すよう
に、反応管２内にプラズマ４を発生させ、一方か
ら反応原料１を導入するように構成されていた。
３は高周波ワークコイルを示す。この装置では、 (1) 反応原料１をプラズマ４の中央を通過させよ
うとしても反応原料はプラズマにはじかれてプ
ラズマの外周に沿つて流れ５のように流れてプ
ラズマ４内に導入され難い。
して発生させた熱プラズマにより化学反応を起こ
させることは、1961年M.I.TのReedにより開発
された。この反応装置は、第１図ａに示すよう
に、反応管２内にプラズマ４を発生させ、一方か
ら反応原料１を導入するように構成されていた。
３は高周波ワークコイルを示す。この装置では、 (1) 反応原料１をプラズマ４の中央を通過させよ
うとしても反応原料はプラズマにはじかれてプ
ラズマの外周に沿つて流れ５のように流れてプ
ラズマ４内に導入され難い。
(2) 仮りにプラズマ４中に導入されたとしても、
プラズマが不安定になり消えてしまう。
プラズマが不安定になり消えてしまう。
従つて極少量の反応原料しか処理し得ない欠点
があつた。この欠点を改善するために第１図ｂに
示すような装置が開発された。すなわち、反応原
料１をプラズマの尾炎部に導入するように構成し
た。この装置においては、プラズマは安定して持
続するが反応原料１がプラズマ４の中央部を通過
しないため、反応原料とプラズマとの相互作用が
不十分である。そのため、 (1)、反応収率が悪い。(2)、未反応物質が混在した
ものとなる。(3)、プラズマのエネルギー効率が悪
いなどの欠点があつた。
があつた。この欠点を改善するために第１図ｂに
示すような装置が開発された。すなわち、反応原
料１をプラズマの尾炎部に導入するように構成し
た。この装置においては、プラズマは安定して持
続するが反応原料１がプラズマ４の中央部を通過
しないため、反応原料とプラズマとの相互作用が
不十分である。そのため、 (1)、反応収率が悪い。(2)、未反応物質が混在した
ものとなる。(3)、プラズマのエネルギー効率が悪
いなどの欠点があつた。
これを更に改良したのが、第１ｃ図に示す装置
である。この装置はアーク６により発生させたア
ークプラズマ（直流または交流）４′の尾炎部に
反応原料１を導入し、これを更に高周波プラズマ
４中央部に導入するようにした装置である。
である。この装置はアーク６により発生させたア
ークプラズマ（直流または交流）４′の尾炎部に
反応原料１を導入し、これを更に高周波プラズマ
４中央部に導入するようにした装置である。
この装置によると、(1)、アーク６によるプラズ
マ４を用いるため、電極からの不純物が混合す
る。(2)、電極の消耗により長時間運転が困難であ
る。(3)、電極の管理などが煩雑であるなどの問題
点があつた。
マ４を用いるため、電極からの不純物が混合す
る。(2)、電極の消耗により長時間運転が困難であ
る。(3)、電極の管理などが煩雑であるなどの問題
点があつた。
また、第１図ｄに示すような回転磁場７を利用
してプラズマ４を回転させてプラズマの型をドー
ナツ状となし、この中央部に反応原料を導入する
ようにした装置も知られている。この装置は直流
アークの場合は可能であるが高周波プラズマにお
いては回転磁場を付属させることは非常に困難で
ある。しかも、単に尾炎部に反応原料を導入する
ものに比べると良いが、プラズマの内部を通過し
ないため、反応収率が悪く、未反応物の混入は防
止し得ない欠点は依然として残つたままである。
してプラズマ４を回転させてプラズマの型をドー
ナツ状となし、この中央部に反応原料を導入する
ようにした装置も知られている。この装置は直流
アークの場合は可能であるが高周波プラズマにお
いては回転磁場を付属させることは非常に困難で
ある。しかも、単に尾炎部に反応原料を導入する
ものに比べると良いが、プラズマの内部を通過し
ないため、反応収率が悪く、未反応物の混入は防
止し得ない欠点は依然として残つたままである。
発明の目的
本発明の目的は従来のプラズマ利用化学装置の
欠点を解消し、プラズマを持続させて化学反応を
連続的に行なわすための装置で、反応収率がよ
く、未反応物質が生成物中に混在することがな
く、プラズマのエネルギー効率の優れたプラズマ
利用化学装置を提供するにある。
欠点を解消し、プラズマを持続させて化学反応を
連続的に行なわすための装置で、反応収率がよ
く、未反応物質が生成物中に混在することがな
く、プラズマのエネルギー効率の優れたプラズマ
利用化学装置を提供するにある。
発明の構成
本発明者は前記目的を達成せんと、高周波によ
り発生するプラズマの性質について鋭意研究の結
果、尾炎部に反応原料を導入する初段プラズマを
長時間持続させるには電極を用いないプラズマ発
生ガンが望ましい事を研究した。さらに高周波プ
ラズマを初段に用いてもプラズマの中央部に導入
することができ、このように二段階以上に反応さ
せると、反応が完全に行い得られ、効率よく、高
純度の反応生成物が得られることを究明し得た。
この知見に基いて本発明を完成した。
り発生するプラズマの性質について鋭意研究の結
果、尾炎部に反応原料を導入する初段プラズマを
長時間持続させるには電極を用いないプラズマ発
生ガンが望ましい事を研究した。さらに高周波プ
ラズマを初段に用いてもプラズマの中央部に導入
することができ、このように二段階以上に反応さ
せると、反応が完全に行い得られ、効率よく、高
純度の反応生成物が得られることを究明し得た。
この知見に基いて本発明を完成した。
本発明の要旨は、化学反応装置において、高周
波によるプラズマガンを前後に二段以上設け、初
段プラズマガンにより発生させたプラズマの尾炎
部に反応原料を導入し、更にこれを二段以降のプ
ラズマガンに発生させたプラズマの中心部に導入
して反応させるようにしたことを特徴とするプラ
ズマ利用化学反応装置にある。
波によるプラズマガンを前後に二段以上設け、初
段プラズマガンにより発生させたプラズマの尾炎
部に反応原料を導入し、更にこれを二段以降のプ
ラズマガンに発生させたプラズマの中心部に導入
して反応させるようにしたことを特徴とするプラ
ズマ利用化学反応装置にある。
本発明のプラズマ利用化学反応装置の実施態様
を図面に基いて説明すると、第２図の通りであ
る。第２図は該装置の縦断面で、反応管２の頂部
に高周波によりプラズマを発生するガス導入管９
を設けて、該ガスを導入し、高周波ワークコイル
３により初段のプラズマ４を発生させる。８はシ
ースガス導入管である。この初段プラズマ４の尾
炎部に反応原料導入管１より反応原料を導入す
る。複数の原料を別々に導入したい時は原料導入
管を複数個取付ければよい。原料により反応性が
異なる場合には、初段プラズマに相当するプラズ
マを複数個設ければよい。８′はプラズマシース
ガス導入管である。高周波ワークコイル３′によ
り二段目のプラズマ４′を発生させ、この中心部
に前記反応原料を導入して反応させる。
を図面に基いて説明すると、第２図の通りであ
る。第２図は該装置の縦断面で、反応管２の頂部
に高周波によりプラズマを発生するガス導入管９
を設けて、該ガスを導入し、高周波ワークコイル
３により初段のプラズマ４を発生させる。８はシ
ースガス導入管である。この初段プラズマ４の尾
炎部に反応原料導入管１より反応原料を導入す
る。複数の原料を別々に導入したい時は原料導入
管を複数個取付ければよい。原料により反応性が
異なる場合には、初段プラズマに相当するプラズ
マを複数個設ければよい。８′はプラズマシース
ガス導入管である。高周波ワークコイル３′によ
り二段目のプラズマ４′を発生させ、この中心部
に前記反応原料を導入して反応させる。
プラズマシースガス８，８′はサーマル・ピン
チ効果によりプラズマを閉じ込め、プラズマが反
応管２の壁に接触しないようにすると共に、反応
生成物が反応管壁に析出しないようにする。従つ
て、場合によりこれを使用しなくてもよい。１０
は冷却管で、冷却水または冷却空気を導入して反
応管２を冷却する。
チ効果によりプラズマを閉じ込め、プラズマが反
応管２の壁に接触しないようにすると共に、反応
生成物が反応管壁に析出しないようにする。従つ
て、場合によりこれを使用しなくてもよい。１０
は冷却管で、冷却水または冷却空気を導入して反
応管２を冷却する。
なお、反応原料にプラズマガスを混合して導入
してもよい。また、初段の高周波によるプラズマ
ガンと二段以降のプラズマガンは同一の高周波発
振機から分電してもよく、また個別の発振機を用
いてもよく、更に出力を変えることは勿論、異な
つた周波数を各段のプラズマに印加するようにし
てもよい。
してもよい。また、初段の高周波によるプラズマ
ガンと二段以降のプラズマガンは同一の高周波発
振機から分電してもよく、また個別の発振機を用
いてもよく、更に出力を変えることは勿論、異な
つた周波数を各段のプラズマに印加するようにし
てもよい。
初段プラズマの着火方法は次の２つの方法で行
うことができる。
うことができる。
(1) 初段プラズマガンのワークコイル３の中心部
に金属などの導電性物質を置き、電磁誘導によ
り加熱すると、それより発生する熱電子が引き
金となり、プラズマが着火する。
に金属などの導電性物質を置き、電磁誘導によ
り加熱すると、それより発生する熱電子が引き
金となり、プラズマが着火する。
(2) 反応管全体を真空にして電磁場を印加すると
グロー放電が起こる。この放電中の電子が引き
金となり、熱プラズマが着火する。
グロー放電が起こる。この放電中の電子が引き
金となり、熱プラズマが着火する。
着火後はプラズマガス、シースガスを導入した
後、反応原料例えば、ガス原料のガス流量、ガス
圧力を設定してプラズマの尾炎部に導入する。ガ
ス圧力を負圧で使用する場合には真空排気装置
（図示していない）を反応管に接続して排気する。
後、反応原料例えば、ガス原料のガス流量、ガス
圧力を設定してプラズマの尾炎部に導入する。ガ
ス圧力を負圧で使用する場合には真空排気装置
（図示していない）を反応管に接続して排気する。
二段プラズマはワークコイル３′に電力を供給
して着火する。これにより発生したプラズマの中
央部に初段プラズマの尾炎部を通過した原料を導
入する。導入された原料は十分な相互作用を受け
反応する。まだ未反応のものが存在するときは三
段のプラズマを発生させてこの中央部に導入して
反応を完結させる。
して着火する。これにより発生したプラズマの中
央部に初段プラズマの尾炎部を通過した原料を導
入する。導入された原料は十分な相互作用を受け
反応する。まだ未反応のものが存在するときは三
段のプラズマを発生させてこの中央部に導入して
反応を完結させる。
発明の効果
本発明の装置によると、次のような優れた効果
を奏し得られる。
を奏し得られる。
(1) 初段プラズマの尾炎部に反応原料を導入し、
これを二段以下のプラズマの中央部に導入する
ため、多量の原料を導入してもプラズマが消え
ることがない。従つて多量生産が可能である。
これを二段以下のプラズマの中央部に導入する
ため、多量の原料を導入してもプラズマが消え
ることがない。従つて多量生産が可能である。
(2) 二段以下のプラズマの中心部に原料を通過さ
せるので、プラズマと原料との相互作用が十分
に行われる。従つて反応生成物の収率がよく、
未反応物質の混在がなくなるばかりでなく、エ
ネルギー効率が優れたものとなる。
せるので、プラズマと原料との相互作用が十分
に行われる。従つて反応生成物の収率がよく、
未反応物質の混在がなくなるばかりでなく、エ
ネルギー効率が優れたものとなる。
(3) 直流または交流のアークを用いないため、電
極からの汚染がなく高純度の反応生成物が得ら
れ、また電極の消耗がないため、連続運転で可
能である。
極からの汚染がなく高純度の反応生成物が得ら
れ、また電極の消耗がないため、連続運転で可
能である。
(4) 反応管の壁に不純物及び反応生成物の付着を
少なくし得られ、長時間の連続運転をすること
ができる。
少なくし得られ、長時間の連続運転をすること
ができる。
実施例 １
第２図の反応装置を使用し、高周波ワークコイ
ル３に発振周波数4MHzの高周波電源を接続し、
陽極電圧5.5kV、陽極電流1.27A、格子電流29ｍ
Ａを印加し、ガス導入管９からアルゴンガスを毎
分2.0を導入してプラズマ４を発生させた。反
応原料ガスとして、シランガス（SiH4）を毎分
17ml、エチレンガス（C2H4）を毎分42mlを原料
導入管１よりプラズマ４の尾炎部に導入した。こ
れを更に前記と同様にして発生させたプラズマ
４′の中央部へ導入した。これにより炭化けい素
が生成した。
ル３に発振周波数4MHzの高周波電源を接続し、
陽極電圧5.5kV、陽極電流1.27A、格子電流29ｍ
Ａを印加し、ガス導入管９からアルゴンガスを毎
分2.0を導入してプラズマ４を発生させた。反
応原料ガスとして、シランガス（SiH4）を毎分
17ml、エチレンガス（C2H4）を毎分42mlを原料
導入管１よりプラズマ４の尾炎部に導入した。こ
れを更に前記と同様にして発生させたプラズマ
４′の中央部へ導入した。これにより炭化けい素
が生成した。
なお、シースガス導入管８，８′よりガスを毎
分２〜３導入すると共に冷却管１０から水を供
給して反応管２を冷却した。
分２〜３導入すると共に冷却管１０から水を供
給して反応管２を冷却した。
炭化けい素の収率は88.5％、生成物はβ−SiC
（ダイヤモンド構造）のみで、未反応カーボンは
検出されなかつた。色は黒色で平均粒径は約
100Aであつた。なお、初段プラズマの尾炎部の
みを通過させた場合の反応生成物の収率は30〜35
％で、未反応カーボンが10％近く混在していた。
（ダイヤモンド構造）のみで、未反応カーボンは
検出されなかつた。色は黒色で平均粒径は約
100Aであつた。なお、初段プラズマの尾炎部の
みを通過させた場合の反応生成物の収率は30〜35
％で、未反応カーボンが10％近く混在していた。
実施例 ２
実施例１と同様に、発振周波数4MHzの高周波
電源を接続し、陽極電圧5.0KV、陽極電流1.15A、
格子電流26ｍＡを印加した。アルゴンガスを毎分
1.5、シランガス毎分6.7ml、メタンガス毎分27
mlを通じ、ガス圧力160Torrの下で実施例１と同
様にして反応させた。
電源を接続し、陽極電圧5.0KV、陽極電流1.15A、
格子電流26ｍＡを印加した。アルゴンガスを毎分
1.5、シランガス毎分6.7ml、メタンガス毎分27
mlを通じ、ガス圧力160Torrの下で実施例１と同
様にして反応させた。
収率は90.34％で、生成物はβ−SiCであり、未
反応のSi、Ｃは検出されなかつた。
反応のSi、Ｃは検出されなかつた。
生成物は黒色の平均粒径150Aの超微粒子であ
つた。
つた。
第１図は従来のプラズマ利用化学反応装置で、
第１図ａは反応管内にプラズマを発生させ、一方
から反応原料を導入する装置、第１図ｂはプラズ
マ尾炎部へ反応原料を導入する装置、第１図ｃは
アークプラズマと高周波プラズマを使用した装
置、第１図ｄは回転プラズマ装置、第２図は本発
明のプラズマ利用化学反応装置の実施態様図であ
る。 １：反応原料、２：反応管、３，３′：高周波
ワークコイル、４，４′：プラズマ、５：原料の
流れ、６：直流アーク、７：回転磁場、８，
８′：シースガス導入管、９：プラズマ発生ガス
導入管、１０：冷却管。
第１図ａは反応管内にプラズマを発生させ、一方
から反応原料を導入する装置、第１図ｂはプラズ
マ尾炎部へ反応原料を導入する装置、第１図ｃは
アークプラズマと高周波プラズマを使用した装
置、第１図ｄは回転プラズマ装置、第２図は本発
明のプラズマ利用化学反応装置の実施態様図であ
る。 １：反応原料、２：反応管、３，３′：高周波
ワークコイル、４，４′：プラズマ、５：原料の
流れ、６：直流アーク、７：回転磁場、８，
８′：シースガス導入管、９：プラズマ発生ガス
導入管、１０：冷却管。
Claims (1)
- １ 化学反応装置において、高周波によるプラズ
マガンを前後に二段以上設け、初段プラズマガン
により発生させたプラズマの尾炎部に反応原料を
導入し、更にこれを二段以降のプラズマガンに発
生させたプラズマの中心部に導入して反応させる
ようにしたことを特徴とするプラズマ利用化学反
応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60001714A JPS61161138A (ja) | 1985-01-09 | 1985-01-09 | プラズマ利用化学反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60001714A JPS61161138A (ja) | 1985-01-09 | 1985-01-09 | プラズマ利用化学反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61161138A JPS61161138A (ja) | 1986-07-21 |
| JPH0122813B2 true JPH0122813B2 (ja) | 1989-04-27 |
Family
ID=11509224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60001714A Granted JPS61161138A (ja) | 1985-01-09 | 1985-01-09 | プラズマ利用化学反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61161138A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6358799A (ja) * | 1986-08-28 | 1988-03-14 | 日本高周波株式会社 | 反応試料噴出部をプラズマ・フレ−ム中に挿入した高周波プラズマ反応装置 |
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-
1985
- 1985-01-09 JP JP60001714A patent/JPS61161138A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
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| JPS61161138A (ja) | 1986-07-21 |
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