JPH0355523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超微粒子の製造方法に係り、特にアー
クを利用して超微粒子を効率よく製造する方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来アークにより超微粒子を製造するには、例
えば特公昭57−44725号公報に記載のように、水
素を含有するガスを用い、このガスが溶融金属中
に溶解、対流、放出する機構を利用している。ま
た特開昭58−130205号公報に記載のように、金属
超微粒子が放電用電極に付着するのを防止すべく
アーク柱を磁石で傾斜させ或いは電極自体を傾斜
させる提案があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上気従来の技術の内、前者は、製造効率につい
ての配慮を欠いていた。また後者は電極への生成
物付着を抑制するに止まり、これとても生成効率
の大幅向上は図れなかつた。

本発明は上気に鑑みてなしたもので、超微粒子
を効率よく製造することができる方法を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成すべく次の手段を講じ
るものである。即ち、棒状の電極先端部１と該電
極とは反対極の超微粒子原料となる母材３との間
にアーク７を発生させて超微粒子を製造するに際
し、該アーク７の断面形状が前記電極先端部１と
前記母材３表面との最短距離を底辺とし、かつ該
底辺に対する頂点７′が前記母材表面よりも上方
に突出する略三角形となるように該母材の蒸気炎
をプラズマ気流で搬送させることを特徴とする。

〔作用〕

上記本発明は新規な現象の発見に基づくもので
ある。すなわち、超微粒子となる原材料表面でア
ークにより母材蒸気を発生させ、さらにそこにプ
ラズマ気流を発生させるアーク電流条件で電磁力
Ｆによりアークを断面略三角形に維持すると、プ
ラズマ気流により発生した超微粒子Ｐを三角形の
頂点７′に向けてアーク流（蒸気炎）が引き込む
ので効率よく搬送できるという現象及び、この搬
送に電磁力を積極的に利用することにより多量の
超微粒子を効率よく製造することができるという
現象に基づくものである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。

アークを利用して金属超微粒子を製造するにあ
たり、第１図ａ，ｂに示すように、電極１と保持
台２上にある原材料３の間にAr＋50％H₂ガス４
を流してアークを発生させると、電極１がマイナ
スの場合、小電流ではｂ図、大電流域ではａ図に
示すアーク形態をとり、この時の超微粒子の生成
量は第２図に示すようにアーク形態の変化域で大
きく変化する。すなわち、アーク形態がａ図から
ｂ図に変化すると超微粒子の生成量は曲線ｉから
曲線に顕著に向上する。従つてアーク形態の変
化域に近い図ｂの条件で超微粒子を生成する。こ
の時の現象は原材料の表面に陽極点が発生する
と、高温のために金属蒸気が発生し、かつその電
離電圧が低いので電流がこの点に集中的に流入
し、金属蒸気の発生が助長される。さらに電極１
の陰極部及び原材料３の陽極点部では電流密度が
高いので、この部分の圧力が上昇し、電極間の中
央部のアーク圧力より高くなるので、両極部より
中央部に向つてガス気流が発生する。このガス気
流が発生すると両極点でのガスを補うためにまわ
りから矢示５のようにプラズマ気流が発生する。
従つて陽極部に発生した金属蒸気はこのプラズマ
気流（陽極炎）によつて搬送され、連続的に生成
される。

なお電流が増大すると陽極点の面積が増大し、
電流密度が減少するので陽極炎は減少する。反面
陰極部の電流密度が増大するため、陰極炎は増大
し、ａ図に示すアーク形態となり、金属蒸気の生
成量が少なくなる。

アークを発生する際の雰囲気ガスはアークが容
易に発生しやすAr、Heガス等の不活性ガスに熱
ピンチ力の大きいH₂ガス、水蒸気、He、SF₆、
フレオン、O₂、N₂、CH₄、CO₂ガス等を混合し
たガスを用いたり、電源より十分な電位を得て、
熱ピンチ力の大きいH₂ガス、水蒸気、He、SF₆、
フレオン、O₂、N₂、CO₂ガス等を用いると能率
良く超微粒子を生成することができる。

対となる電極の原材料３は金属蒸気を積極的に
発生させるには小さな形状にして温度上昇により
金属蒸気の発生を助長させたり、第３図に示すよ
うにワイヤ形状にすると同理由により良い。ワイ
ヤ形状にした場合は消耗量が大きいので、連続供
給する機構及びアーク長を一定に制御する機構を
設ける。

次に電極の配置を第３図乃至第５図のようにθ
＝０〜170°特に望ましくは40〜45°の角度を与え
ることによつて、アーク電流の増大によるアーク
形態の変化域が生じにくくなる。これは通電電流
による電磁力が電極間のアークを偏向（矢印６）
させ、また陽極炎及び陰極炎が作られるアーク断
面形状を符号７に示すように略三角形となるよう
に発生させ、金属蒸気流をこの炎で搬送する。ア
ーク形状は電極先端部１と原材料（母材）３の表
面とを結ぶ最短距離を底辺として、頂点７が中空
へ突出するような断面略三角形を呈し、第３図乃
至第５図いずれの実施例もこの条件に従う。従つ
て先の第１図より大きい電流を流しても、両極の
プラズマ気流が対向していないので、通電流の増
加に従つて金属蒸気の発生量は増大し、プラズマ
気流で搬送されながら生成される。

更に第５図に示すように原材料の保持台２の通
電経路を電極１と平行になるようにすると、通電
電流による電磁力がアークを外側（矢印６）に偏
向させ、陽極炎及び陰極炎をアーク７のように生
じさせる。このため金属蒸気はこの気流に搬送さ
れて生成する。その結果、先の第３図、第４図で
説明した理由により、電流の増大による超微粒子
の生成量増大が可能となる。

より生成量の増大を計るには第６図に示すよう
に、電極を複数配置し、電極の一方は共通電位に
し、さらに先の第５図に示したように両極炎がア
ーク７のように生じさせるように通電経路を設け
ることにより、電極数に比例した生成量の増大が
計れる。

電極材料の一方にＷ、Taのように溶融温度の
高いものを用いて超微粒子を生成するのが一般的
であるが、同種材料を両電極に用いるとより純度
の高い超微粒子を得ることもできる。また２種以
上の金属が混合または合金化した超微粒子を得る
には合金原材料の電極を対にし、両電極の材質を
変えることで可能である。蒸発量は極性により変
化するが、直流の場合に前述の極性と逆の極性、
または交流の電流を用いて生成することもでき
る。なお交流の電流を用いる場合は、電極材質及
び雰囲気ガスによつて異なるが、交流電流の周波
数、供給電圧または再点弧時の高電圧印加等の条
件を適正に選定することにより、効率よく超微粒
子を得ることができる。

超微粒子の大きさは、第１図の方法で製造する
場合、金属蒸気がアークにより再加熱され、大き
く生長するため、いく分粒径のバラツキが出る
が、第３図〜第６図の方法では金属蒸気が再加熱
される時間が短かくなり、粒径のバラツキは少な
くなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば電極の一
方または両方を超微粒子の製造原料として対向配
置し、プラズマ気流を両極より発生させたり、ア
ーク電流による電磁力又はアーク近傍に設けた金
属、磁石が両極間のアークを偏向させるようにす
ることにより、従来の水素アーク加熱法に比較し
て効率のよい超微粒子の製造方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはアーク発生形態の説明図で、ａ
図は従来の製造方法におけるアーク形態、ｂ図は
本発明の製造方法におけるアーク形態を示す図、
第２図はアーク形態による超微粒子の生成量を示
す特性図で曲線ｉが従来方法による生成量、曲線
が本発明の製造方法による生成量、第３図から
第６図まではいずれも本発明による超微粒子の製
造方法の実施例装置の模式図を示す。 １……電極、２……原材料保持台、３……原材
料（対となる電極）、４……雰囲気ガス、５……
プラズマ気流、６……アークに作用する力の方
向、７……アーク（陰極炎・陽極炎）、７′……頂
点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 棒状の電極先端部１と該電極とは反対極の超
   微粒子原料となる母材３との間にアーク７を発生
   させて超微粒子を製造するに際し、該アーク７の
   断面形状が前記電極先端部１と前記母材３表面と
   の最短距離を底辺とし、かつ該底辺に対する頂点
   ７′が前記母材表面よりも上方へ突出する略三角
   形となるように該母材の蒸気炎をプラズマ気流で
   搬送させることを特徴とする超微粒子の製造方
   法。