JPH0445845A

JPH0445845A - 超微粉の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JPH0445845A
Application number: JP15326390A
Authority: JP
Inventors: Hidetsugu Fuchita; 淵田　英嗣
Original assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Current assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1992-02-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は超微粉の製造方法および製造装置に関する。

［従来の技術］熱プラズマ発生装置のプラズマ中に微粉を導入して超微
粉を製造する装置において、従来、乾式で微粉を供給す
る手段としては振動フィーダが多用されている。

そのような振動フィーダが用いられている例を第４図に
模式的に示すが、振動フィーダ（３１）に原料の微粉（
３２）を収納し、振動フィーダ（３１）を振動させなが
らガス導入管（３３）からキャリアガスを導入し、全体
として（１８）で示される超微粉製造装置の高周波熱プ
ラズマ発生装置（１９）内で発生する高周波誘導プラズ
マ（２１）中へ供給管（２０）を通して微粉（３２）を
供給する。プラズマ（２１）中にはプラズマを制御する
ためのオペレーションガスがオペレションガス導入口（
２３）から供給される。（２４）は水冷石英管、（２５
）は高周波誘導用水冷銅ＲＦコイルで、冷却水（２６）
によって冷却される。また、ＲＦコイル（２５）は高周
波電源（図示せず）に接続される。プラズマ（２１）中
に導入された微粉（３２）はそこで融解、分解し、水冷
チャンバー（２７）中で超微粉（３４）となり、排出口
（２８）に接続する回収器（２９）　（フィルター）で
回収される。

あるいは、化学反応を伴う生成過程の場合には、ガス導
入管（３３）からキャリアガスと共に反応性ガスをも導
入しプラズマ（２１）中で微粉（３２）と反応させて反
応生成物の超微粉（３４）を回収する。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来のように振動フィーダ（３１）によ
って微粉（３２）を供給する装置においては、使用でき
る微粉の粒径は数十μｍ以上の大きいものでなければな
らない。これは、振動フィーダ（３２）では詰まったり
、ブリッジを形成する棚つり現象が生じるため、粒径の
小さい粉体の供給が困難なためである。特に粒径１０μ
ｍ以下の微粉をプラズマ中へ均一濃度で供給することは
不可能であった。

又、詰まりゃ棚つり現象のために微粉（３２）の供給量
に脈動があり、プラズマ（２１）中への供給量が変動す
る。そのため、微粉（３２）が多量に供給される時には
プラズマ（２１）が冷え、供給された微粉（３２）に未
融解のま１残るものが出てくる。又、例えばＷ粉とメタ
ンガスによってＷＣを生成するというような化学反応を
伴う生成過程の場合には、プラズマ（２１）の温度が変
動するために種々の反応が生じ、種々の組成の生成物が
生じるという問題がある。

又、微粉供給量の脈動によってプラズマ（２１）中の蒸
気密度が変動するために、得られる超微粉（３４）の粒
度分布が広くなったり、あるいは、その結晶構造にばら
つきが生じたりする。

又、振動フィーダ（３１）を用いる場合には振動の振幅
を投入電圧で制御している場合が多いが、定電圧以下で
は振幅が小さく、詰まりゃ棚つり現象を解消できないた
め、微少量の微粉（３２）を供給するように制御するこ
とができない。例えば最高１００Ｖの電圧を投入する場
合に、６０■以下では微粉（３２）の供給量が零であり
、６０Ｖを境にして供給量がステップ状に急に増えると
いうような現象が生じる。

本発明は以上のような問題に鑑みてなされ、粒径１０μ
ｍ以下の微粉を均一濃度でプラズマ中へ供給することに
よって、粒度分布幅が狭く、単一の結晶構造や所望の結
晶構造を多く含む超微粉、あるいは化学反応を伴う生成
過程では所望の組成を多（含む超微粉の製造方法および
製造装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的は、プラズマ中に微粉を供給して蒸発させ、プ
ラズマ外で急冷、凝縮させて超微粉を製造する方法にお
いて、前記微粉を収納する容器を回転させながら該容器
の底部近傍にキャリアガスまたはキャリアガスと反応ガ
スとの混合ガスを導入し、該ガスに前記微粉を均一分散
させたエアロゾルとして前記容器から導出させ、該エア
ロゾルをプラズマ中に供給することを特徴とする超微粉
の製造方法、及び、熱プラズマ発生部、冷却部および回
収部からなり、前記熱プラズマ発生部のプラズマ中に原
料の微粉を供給する供給管に微粉供給手段を接続し、プ
ラズマ中で蒸発生成した超微粉を冷却して回収する超微
粉の製造装置において、前記原料の微粉を収納する回転
容器を内蔵する容器に、前記回転容器内の底部近傍へキ
ャリアガスまたはキャリアガスと反応ガスとの混合ガス
を導入するガス導入管と、前記微粉を前記キャリアガス
またはキャリアガスと反応ガスとの混合ガスと共にエア
ロゾルとして導出する搬送管とを設けて構成したエアロ
ゾル化装置を前記微粉供給手段として接続し、前記搬送
管を前記供給管に接続したことを特徴とする超微粉の製
造装置、によって達成される。

［作　　　用コ以上のような超微粉の製造方法および製造装置において
は、微粉をプラズマ中へ均一な濃度で供給することがで
きるので、粒度分布幅が狭く、単一の結晶構造や所望の
結晶構造を多く含む超微粉、あるいは化学反応を伴う生
成過程では所望の組成を多く含む超微粉を得ることがで
きる。

［実　施　例］以下、実施例について図面を参照して説明する。第１図
は実施例の超微粉の製造に用いた装置を概略的に示す断
面図である。

図において、（１）は原料の微粉がガスに分散したエア
ロゾルを作るためのエアロゾル化装置全体を示す。直径
１００ｍｍの容器（２）の土壁部には搬送管（９）と真
空排気管（ｌＯ）とが備えられており、下部には軸（７
）の軸心を中心として回転する、微粉（５）を入れるた
めの回転容器としてのカセット（３）が設置されている
。容器（２）の土壁部に取付られたガス導入管（４）は
下方に延びてその先端のガス導入口（６）がカセット（
３）内の底部近傍に位置するように設置されている。カ
セット（３）内の他の位置に、カセット（３）の外周壁
内面（１５）と軸（７）の側面（１４）とに余裕空間を
もって接する微粉除去手段としてのスフレイパ−（８）
が挿入され、スフレイパー（８）は容器（２）の土壁部
に固定されている。（１１１（１２）　（１３）はそれ
ぞれバルブ、（１７）は圧力計である。

搬送管（９）は、全体として（１８）で示される超微粉
製造装置のうち、高周波熱プラズマ発生装置（１９）の
供給管（２０）に接続され、エアロゾル（１６）をプラ
ズマ（２１）中へ供給する。超微粉製造装置（１８）は
第４図の従来方法に用いられる装置と同じであるので同
一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

以上のように構成される装置を用いて超微粉を製造する
方法を次に述べる。

先ず、エアロゾル製造装置（１）のカセット（３）内に
微粉（５）として平均粒径０．４μｍの炭化タングステ
ン（ＷＣ）粉を収納し、ガス導入管（４）からキャリア
ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）・と反応性ガスとしての
メタン（ＣＨ４１との混合ガスを導入した。

ガスの流量はそれぞれ、Ａｒ：８ｊ２　／　ｍｉｎ、Ｃ
Ｈ４：５０ＣＣ／ｍｉｎであり、容器（２）内の圧力を
１．５ｋｇ／ｃｍ２に保った。図示しないモータに接続
した軸（７）を回転させることによってカセット（３）
を５０ｒ、ｐ、ｍ、の速度で回転させた。ガス導入口（
６）はカセット（３）の底近くに開口しているので、そ
こから噴出する混合ガスによってｗＣの微粉（５）が底
から上方へと吹き上げられて浮遊状態となり、混合ガス
にＷＣ粉が分散したエアロゾル（１６）が搬送管（９）
を通して次工程へと送られた。

カセット（３）が回転しているので、ガス導入管（４）
及びスフレイパー（８）によって微粉（５）が撹拌され
、又、カセット（３）の外周壁内面（１５）と軸（７）
の側面（１４）とに付着した微粉（５）も掻き落されて
砕かれることによって、常に均一な濃度のエアロゾル（
１６）が得られた。

このエアロゾル（１６）を、搬送管（９）に接続する供
給管（２０）を通して高周波熱プラズマ発生装置（１９
）のプラズマ（２１）中へ供給した。供給されたエアロ
ゾル（Ｈ６）中のＷＣ粉の量は平均０．２ｇ／ｍｉｎで
ある。プラズマのパワーはｌ０ＫＷ　（１０ＭＨｚ）で
ある。プラズマ（２１）を制御するために、オペレーシ
ョンガス導入口（２３）からオペレーションガスとして
アルゴン（Ａｒ）　（流量：　４１ｆｆ　７ｍ１ｎ）と
水素（Ｈ２）　（流量＝１ρ／ｍ１ｎ）とを導入した。

プラズマ（２１）中に導入されたＷＣ粉は融解、分解し
、ＣＨ４ガスと反応してＷＣ系超微粉（３０）が生成さ
れた。回収器（２９）で回収された超微粉（３０）の透
過電子顕微鏡写真（倍率は１３５０００倍）を第２図に
示すが、粒度がよ（そろっている状態がわかる。粒径を
測定したところ５０人〜２００人の狭い範囲に分布し、
平均１００人であった。

又、得られた超微粉（３０）をＣｕＫａ線を用いたＸ線
回折で、５０ＫＶ、２００ｍＡの条件で調べたところ、
第３図に示ｊ；うにｗｃ、　ＬＣ，Ｗなども検出された
がそれらの割合は小さく　、　ＷＣ，、−、（Ｘ＜１）
の回折ピークが８０％以上の割合で確認された。

以上の結果から、ＷＣ粉がプラズマ（２１）中へ均一な
速度で供給されたことが推察される。

比較のために従来の振動フィーダを用いる方法によって
超微粉を生成した。

第４図に示す装置において振動フィーダ（３１）に微粉
（３２）としての平均粒径８μｍのＷＣ粉を収納し、振
動フィーダ（３１）を振動させながら、ガス導入管（３
３）からキャリアガスとしてのＡｒと反応性ガスとして
のＣＨ４との混合ガスを導入した。ガスの流量はそれぞ
れ、Ａｒ：ｌＩ２／ｍｉｎ、　Ｃ１４：５０ＣＣ／ｍｉ
ｎであり、供給管（２０）を通してプラズマ（２１）中
へ導入されるＷＣ粉の供給量は平均０．５ｇ／ｍｉｎで
あった。プラズマのパワーは１６ＫＷ　（４ＭＨｚ）で
ある。プラズマ（２１）を制御するためにオペレーショ
ンガス導入口（２３）からオペレーションガスとして八
ｒ（流量：６２β／ｍ１ｎ）と　Ｈ２（流量：２．８Ｉ
２／ｍ１ｎ）とを導入した。

回収器（２９）で回収された超微粉（３４）の透過電子
顕微鏡写真（倍率は１３５０００倍）を第５図に示す。

写真から明らかなように、小さい粒子から大きい粒子ま
で幅広いサイズのものが入り混じっている様子がわかる
。粒径を測定したところ、　１００人〜２０００人の広
い範囲にばらついて分布しており、平を勺は　５００人
であった。

又、得られた超微粉（３４）を実施例と同一条件のＸ線
回折で調べた結果を第６図に示す。Ｗ２Ｃ，１’ｌｃ、
Ｗ（：＋−ｘ及びＷのそれぞれ大きな回折ピークが認め
られ、この超微粉（３４）はそれらの混合相であること
がわかる。

以上の結果から、従来の振動フィーダ（３１）を用いる
方法ではＷＣ粉（３２）がプラズマ（２１）中へ均一な
速度で供給されないために、粒度分布がブロードで種々
の組成の生成物が入り混じった超微粉（３４）しか得ら
れないことがわかる。

以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発
明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に
基き種々の変形が可能である。

例えば、本実施例ではエアロゾル化装置（１）にキャリ
アガス（Ａｒ）と共に反応性ガス（ＣＨ４）を導入して
化学反応を伴う反応生成物の超微粉（３０）を得たが、
キャリアガス（Ａｒ）のみを導入して、原料の微粉（５
）から同じ組成の超微粉（例えばＷ微粉からＷ超微粉）
を得ても良い。

又、実施例で用いたエアロゾル化装置（１）においては
、カセッ＋１３１が回転してスフレイバ＝（８）が固定
されているが、どのような手段でも、要するにスフレイ
バー（８）がカセット（３）の内壁面に対して相対的に
動（ようになっていれば良く、あるいけスフレイバ−（
８）はな（でも良い。

又、実施例で用いたエアロゾル化装置（１）においては
、容器（２）とカセット（３）が別体でカセット（３）
が回転し、ガス導入管（４）及びスフレイバ−（８）が
容器（２）の土壁部に固定されているが、代わりに、カ
セット（３）を省いて容器（２）自体に微粉を収納し、
これを回転するようにしても良い。この場合はガス導入
管（４）、スフレイバ（８）の取り付は軸と共に搬送管
（９）、真空排気管（ｌＯ）をも一体向に構成し、容器
（２）の土壁部の回転軸中心部に軸受けを介して静止的
に取り付けると良い。更に、実施例では熱プラズマ発生
装置として高周波誘導プラズマ方式を用いたが、直流ア
ークプラズマ方式を用いても良い。

［発明の効果］本発明にかかる超微粉の製造方法および製造装置によれ
ば、１０μｍ以下の粒径の微粉をガス中に均一に分散さ
せたエアロゾルをプラズマ中に導入するので、微粉は均
一濃度でプラズマ中に供給されることになる。従ってプ
ラズマの温度を一定に保つことができ、又、プラズマ中
の蒸気密度も均−となるため、粒度分布の幅が狭く、単
一の結晶構造や所望の結晶構造を多く含む超微粉、ある
いは化学反応を伴う生成過程では所望の組成を多（含む
超微粉が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超微粉の製造装置の実施例の概
略断面図、第２図は実施例で得られた超微粉の粒子構造
を示す透過電子顕微鏡写真、第３図は実施例で得られた
超微粉のＸ線回折パターンを示す図、第４図は従来の超
微粉の製造装置の概略断面図、第５図は従来法で得られ
た超微粉の粒子構造を示す透過電子顕微鏡写真、及び第
６図は従来法で得られた超微粉のＸ線回折パターンを示
す図である。なお図において、 ■　・・・・・・・・・・・３　　　　・・・・・・・・・・・４　・・・・・・・・・・・５　　　　・・・・・・・・・・・８　・・・・・・・・・・・エアロゾル化装置カ　　　セ　　　ッ　　　　トガス導入管微　　　　　　　　　　粉スクレイバ第１搬　　　　送　　　　管エ　　ア　　ロ　　ゾ　　ル熱プラズマ発生装置供　　　　給　　　　管プ　　　ラ　　　ズ　　　マ超　　　　微　　　　粉理人飯阪泰雄区 ■ 綜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマ中に微粉を供給して蒸発させ、プラズマ
外で急冷、凝縮させて超微粉を製造する方法において、
前記微粉を収納する容器を回転させながら該容器の底部
近傍にキャリアガスまたはキャリアガスと反応ガスとの
混合ガスを導入し、該ガスに前記微粉を均一分散させた
エアロゾルとして前記容器から導出させ、該エアロゾル
をプラズマ中に供給することを特徴とする超微粉の製造
方法。
（２）前記微粉が１０μｍ以下の粒径である請求項（１
）に記載の超微粉の製造方法。
（３）熱プラズマ発生部、冷却部および回収部からなり
、前記熱プラズマ発生部のプラズマ中に原料の微粉を供
給する供給管に微粉供給手段を接続し、プラズマ中で蒸
発生成した超微粉を冷却して回収する超微粉の製造装置
において、前記原料の微粉を収納する回転容器を内蔵す
る容器に、前記回転容器内の底部近傍へキャリアガスま
たはキャリアガスと反応ガスとの混合ガスを導入するガ
ス導入管と、前記微粉を前記キャリアガスまたはキャリ
アガスと反応ガスとの混合ガスと共にエアロゾルとして
導出する搬送管とを設けて構成したエアロゾル化装置を
前記微粉供給手段として接続し、前記搬送管を前記供給
管に接続したことを特徴とする超微粉の製造装置。
（４）前記微粉供給手段が、前記微粉を収納する回転容
器を内蔵する容器に、前記回転容器内の底部近傍へキャ
リアガスまたはキャリアガスと反応ガスとの混合ガスを
導入するガス導入管と、前記微粉を前記キャリアガスま
たはキャリアガスと反応ガスとの混合ガスと共にエアロ
ゾルとして導出する搬送管と、前記回転容器の内壁面の
少なくとも一部に接し、前記内壁面に対して相対的に動
いて前記内壁面に付着する前記微粉を除去する微粉除去
手段とを設けて構成したエアロゾル化装置である請求項
（３）に記載の超微粉の製造装置。