JPH052604B2 - - Google Patents

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JPH052604B2
JPH052604B2 JP11225884A JP11225884A JPH052604B2 JP H052604 B2 JPH052604 B2 JP H052604B2 JP 11225884 A JP11225884 A JP 11225884A JP 11225884 A JP11225884 A JP 11225884A JP H052604 B2 JPH052604 B2 JP H052604B2
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gas
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nitride particles
metal powder
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕 本発明は粉塵爆発を利用した窒化物超微粒子の
製造方法に関する。 〔従来技術〕 粒径1000Å以下のセラミツク超微粒子は、表面
エネルギの寄与が大きく、そのため低温で容易に
焼結したり、触媒活性が増大するという利点を有
しており、かかるセラミツク超微粒子の量産、低
コスト化が望まれている。 かかるセラミツク超微粒子の製造方法として
は、物理的方法と化学的方法の2つに大きく分け
られる。 化学的方法を用いてセラミツク超微粒子を製造
する方法としては、例えば次式で示すように、
CVD法(化学蒸着法)でよく用いられる反応を
利用した気相化学反応法がある。 SiCl4(気体)+2H2O(気体) →SiO2(超微粒子)+4HCl(気体) 上記反応では、四塩化珪素(SiCl4)と水が反
応して、二酸化珪素(SiO2)の超微粒子と塩化
水素(HCl)が生成される。この反応では、四塩
化珪素自体が高価なことと四塩化珪素中における
珪素の重量比が小さいことにより大量生産に向か
ず、また塩化水素のような有害な副産物が発生す
る。更に、活性な雰囲気で製造されるため、清浄
な表面を得ることが難しい。これらの問題は、他
の一般的な化学的方法にも言えることである。 物理的方法としては、例えば真空蒸発法があ
り、これは減圧下における高温に加熱された物質
の緩やかな蒸発現象を利用したものである。この
方法は、原料を蒸発しやすくするために減圧下で
行われる。この方法は、大量の熱エネルギを消費
すると共に、生成速度が遅く、このため大量生産
に向かないという問題がある。 そこで、本件出願人は上記問題を解決するた
め、粉塵爆発を利用してセラミツク超微粒子を高
率良く低コストで得る製造方法を提案した(願番
未着:未公知)。このセラミツク超微粒子の製造
方法は、目的とするセラミツク超微粒子の一部を
形成する元素を含んだ反応ガス中で、目的とする
セラミツク超微粒子の他の一部を形成する金属粉
末の粉塵雲を形成し、着火させることにより爆燃
を起こさせてセラミツク超微粒子を合成すること
を特徴としており、反応ガスとして酸素、塩素、
窒素を用いることにより、それぞれ酸化物、塩化
物、窒化物を得ることができた。 ところで、セラミツク超微粒子のうち窒化物超
微粒子は、反応ガスとして用いられる窒素ガスが
他の酸素ガス等に比べ化学的に安定であり、金属
粉末と窒素ガスの反応による発熱量は、他の酸
素、塩素、弗素等のガスより小さく、そのため酸
化物等に比べ製造が困難であるという問題があつ
た。この窒素ガスをアンモニアガスに代えること
により、窒素ガスより着火を容易にすることがで
きるものの、十分なものとは言えなかつた。 このため、窒化物超微粒子を容易に得ることが
できる窒化物超微粒子の製造方法の開発が望まれ
ていた。 〔発明の目的〕 本発明は上記要望に基づきなされたもので、本
発明の目的は、窒化物超微粒子の製造において、
反応ガスの一種としてハロゲンガスを用いること
により反応を容易にし、もつて安定的に粉塵爆発
を起こさせることにある。 〔発明の構成〕 かかる目的は、本発明によれば、窒素元素を含
有するガスとハロゲンガスを含んだ反応ガス中
で、目的とする窒化超微粒子の一部を形成する金
属粉末の粉塵雲を形成し、着火させることにより
爆燃を起こさせて窒化物超微粒子を合成すること
を特徴とする窒化物超微粒子の製造方法によつて
達成される。 本発明において得られる窒化物超微粒子として
は、窒化チタン(TiN),窒化ジルコニウム
(ZrN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素
(Si3N4)等がある。 本発明において、窒素元素を含有するガスとし
ては、窒素ガス、アンモニアガス等を用いること
ができる。ハロゲンガスとしては、塩素ガス、弗
素ガス、臭素ガス等を用いることができる。この
中で、塩素ガスが工業上最も望ましい。 この反応ガスと反応する金属粉末は、窒化物超
微粒子を製造するためには、粒径が400μm以下
であることが望ましく、できるだけ小さい方がよ
り望ましい。また、金属粉末は可能な限り不純物
の少ないものが望ましい。 この金属粉末は反応に際しては粉塵雲と称され
る状態とされる。この粉塵雲は、金属粉末の種類
にもよるが少なくとも濃度が20g/m3以上である
ことが必要であり、通常は500g/m3以上が望ま
しく、1000g/m3以上とすることがより望まし
い。通常は500g/m3以上でないと安定な着火が
得られない。即ち、粉塵雲の濃度は濃い方が望ま
しい。 着火の熱源としては、抵抗加熱、アーク放電、
プラズマフレーム、レーザ、高周波誘導加熱、電
子ビーム等の高密度エネルギ源を用いることがで
きる。これらは種火として使用する。 本発明の反応は、大気圧で行うことができる。
但し、加圧下、減圧下でも行うことができる。 〔発明の作用〕 本発明においては、まず容器中に反応ガスを充
満させ、この反応ガス中に金属粉末を分散し高濃
度(500g/m3以上)の粉塵雲を形成する。次い
で、アーク放電等の適宜な発火源を作動させ、着
火させることにより金属粉末表面に熱エネルギが
与えられ、金属粉末の表面温度が上昇し、金属粉
末表面から金属の蒸気が周囲に広がる。この金属
蒸気がまずハロゲンガスと反応し、この際得られ
た発熱がきつかけとなり窒素ガスと反応し、発火
し火炎を生じる。この火炎により生じた熱は、更
に金属粉末の気化を促進し、生じた金属蒸気と反
応ガスが混合され、連鎖的に発火伝播する。この
とき、金属粉末自体も破裂して飛散し、火炎伝播
を促す。燃焼後に、生成ガスが自然冷却されるこ
とにより、窒化物超微粒子の雲ができる。得られ
た窒化物超微粒子は、通常電気集塵器等により帯
電させて捕集する。 〔発明の効果〕 以上より、本発明によれば、以下の効果を奏す
る。 (イ) 原料の金属粉末蒸気と反応ガスの反応の際生
じる発熱により、他の金属粉末の気化が促進さ
れるので、外部から与える熱エネルギは着火を
生ぜしめるだけのごく僅かでよく、熱効率
(100%以上)が極めてよい。 (ロ) 粉塵爆発の原理を利用しているため、瞬時の
大量の窒化物超微粒子が得られ、量産性が高
い。 (ハ) 本発明は大気圧で行うことができるため、従
来の方法に比べ、装置等が簡素化でき低コスト
化を図ることができる。 (ニ) 原料である金属粉末と反応ガスの純度を高く
することにより、高純度で、かつ清浄な表面を
有する窒化物超微粒子を製造することができ
る。 (ホ) 製造工程が比較的単純なため自動化が容易で
ある。 (ヘ) ハロゲンガスを用いるため、着火が容易にな
る。 〔実施例〕 次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明
する。 この実施例は窒化物超微粒子として窒化チタン
超微粒子を製造した例を示す。 ここで、第1図は本発明の実施例に使用した窒
化物超微粒子製造装置の概要を示す概略構成図で
ある。 第1図において、1は窒化物超微粒子製造装置
の外殻を形成する密閉容器であり、この密閉容器
1内には、燃焼装置2と金属粉末3を供給するホ
ツパ4が設けられている。この燃焼装置2とホツ
パ4は供給管5により接続され、更にホツパ4は
外部の図示しない反応ガス供給源と供給管5によ
り接続されている。 上記燃焼装置2は石英からなる円筒部2aと下
部の円錐部2bとからなり、円錐部2bの供給管
5との接続部にはアルミナからなるボール弁6が
挿入されている。また、燃焼装置2の円筒部2a
には、一対の放電電極7が所定の間隔をあけて対
峙して設けられており、この放電電極7は高圧ト
ランス8に接続されている。 また、ホツパ4と燃焼装置2を接続する供給管
5の途中にはソレノイドバルブ9が設けられてお
り、このソレノイドバルブ9は制御装置10によ
り開閉を制御される。 密閉容器1の燃焼装置2の上部には、排気管1
1が取り付けられており、排気管11の途中には
電気集塵器12が取り付けられている。なお、1
3は圧力計であり、16は反応ガスの1種である
窒素ガスを密閉容器1内に導入するための導入管
である。 かかる窒化物超微粒子製造装置を用いて窒化チ
タン超微粒子を製造した。 まず、ホツパ4に原料となるチタン粉末3を装
填する。次いで、密閉容器1内を10-2Torr以上
の真空にした後、反応ガスの1種である純窒素ガ
ス(99.99%)を導入管16を介して導入し、大
気圧とする。続いて、ホツパ4の下部を開き、図
示しない塩素ボンベから反応ガスの1種としての
塩素ガスを1.5Kg/m2の圧力で供給する。このと
き、ソレノイドバルブ9は制御装置10により閉
じられている。一方、放電電極7の電極間隔を2
mmとし、高圧トランス8により10KV(AC)の電
圧を印加する。この結果、放電電極7で常時火花
が発生する。かかる状態で、ソレノイドバルブ9
を0.5秒間開いた。すると、チタン粉末3は圧縮
塩素ガスにより燃焼装置2の円錐部2bに供給さ
れ、ボール弁6を押し上げ、燃焼装置2内に舞い
上がつてチタン粉末3からなる粉塵雲を形成す
る。この粉塵雲は放電電極7で発生している火花
により着火し、瞬間的に燃焼炎14が形成され
る。このときの燃焼炎14は、最初はチタン粉末
3と塩素ガスによるもので、このときの発熱がき
つかけとなり、チタン粉末3が気化し、窒素ガス
により窒化されて大量の窒化チタン超微粒子が得
られる。このとき、合成される塩化物はほとんど
が沸点の低い四塩化チタン(TiCl4)となり気化
するので、合成により生じた窒化チタン超微粒子
の雲15を電気集塵器12に通すことにより窒化
チタン超微粒子のみが捕集される。残りのガス
は、排気管11を通り、途中チオ硫酸ナトリウム
溶液中を通すことにより塩化物を除いた後排気さ
れる。 この結果得られた窒化チタン超微粒子を透過型
電子顕微鏡で観察した。第2図に窒化チタン超微
粒子の粒子構造を示す透過型顕微鏡写真(×
150000倍)を示す。第2図において、黒つぽい丸
い部分が窒化チタン超微粒子であり、この写真よ
り窒化チタン超微粒子は粒状をしており、粒径は
約400Åで非常に粒が揃つていることが判る。 また、X線解析により、チタンと窒化チタンの
ピークが得られた。更に、化学分析の結果、第1
表に示すように、塩化物は2.2重量%以下であり、
チタンが45%窒化されていることが判る。
【表】 但し、成分は重量%を示す。 以上、本発明の特定の実施例について説明した
が、本発明は、この実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の実
施態様が包含されるものである。 例えば、実施例においては、窒化チタン超微粒
子の製造方法について述べたが、窒化ジルコニウ
ム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等も同様な方
法で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に使用したセラミツク
超微粒子製造装置の概要を示す概略構成図、第2
図は本発明の実施例で得られた窒化チタン超微粒
子の粒子構造を示す透過型電子顕微鏡写真(×
150000倍)である。 1……密閉容器、2……燃焼装置、2a……円
筒部、2b……円錐部、3……金属粉末、4……
ホツパ、5……供給管、6……ボール弁、7……
放電電極、8……高圧トランス、9……ソレノイ
ドバルブ、10……制御装置、11……排気管、
12……電気集塵器、13……圧力計、14……
燃焼炎、15……酸化物超微粒子の雲、16……
窒素ガス導入管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 窒素元素を含有するガスとハロゲンガスを含
    んだ反応ガス中で、目的とする窒化物超微粒子の
    一部を形成する金属粉末の粉塵雲を形成し、着火
    させることにより爆燃を起こさせて窒化物超微粒
    子を合成することを特徴とする窒化物超微粒子の
    製造方法。
JP11225884A 1984-05-31 1984-05-31 窒化物超微粒子の製造方法 Granted JPS60255603A (ja)

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JP11225884A JPS60255603A (ja) 1984-05-31 1984-05-31 窒化物超微粒子の製造方法

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JPS60255603A JPS60255603A (ja) 1985-12-17
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109900609A (zh) * 2019-03-14 2019-06-18 北京理工大学 一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109900609A (zh) * 2019-03-14 2019-06-18 北京理工大学 一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法

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JPS60255603A (ja) 1985-12-17

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