JP2009046384A - Metal oxide production device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属元素を含む原料を噴出させるバーナを備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus that includes a burner that ejects a raw material containing a metal element and that uses a flame to produce a metal oxide.
従来、粉末状・液体状・気体状等の金属元素を含む原料を噴出する原料噴出ノズルと、当該原料噴出ノズルの周囲に設けられ、プロパン等の可燃性ガス及び酸素等の支燃性ガスを燃焼させて火炎を形成するバーナとを備え、火炎の熱を利用して金属酸化物を製造する金属酸化物製造装置（例えば特許文献１〜３参照）が知られている。 Conventionally, a raw material ejection nozzle that ejects a raw material containing a metal element such as powder, liquid, or gas, and a flammable gas such as propane and a combustion-supporting gas such as oxygen provided around the raw material ejection nozzle. 2. Description of the Related Art There is known a metal oxide production apparatus (see, for example, Patent Documents 1 to 3) that includes a burner that forms a flame by burning, and produces metal oxide using the heat of the flame.
しかし、前記従来の熱源としてバーナを備える金属酸化物製造装置では、可燃性ガスと支燃性ガスとをバーナの噴射後に混合しており、可燃性ガスと支燃性ガスとは略平行に噴出されるため、両ガスを均一に混合できず、火炎の燃焼状態が不安定になることがあった。また、製造能力を上げるために原料やガスの噴出速度を速くすることによってもさらに火炎の燃焼状態は不安定になる。このため、製造する金属酸化物の品質が変動する恐れがあった。 However, in the conventional metal oxide production apparatus equipped with a burner as the heat source, the combustible gas and the support gas are mixed after the burner is injected, and the combustible gas and the support gas are ejected substantially in parallel. Therefore, both gases cannot be mixed uniformly, and the flame combustion state may become unstable. Also, the combustion state of the flame becomes more unstable by increasing the jetting speed of the raw material and gas in order to increase the production capacity. For this reason, there is a possibility that the quality of the metal oxide to be manufactured may fluctuate.
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、火炎の燃焼状態が安定で、均一な品質の金属酸化物を製造できる金属酸化物製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal oxide production apparatus capable of producing a metal oxide of uniform quality with a stable flame combustion state.
上記目的を達成するための本発明に係る金属酸化物製造装置の第１特徴構成は、金属元素を含む原料を噴出させるバーナを備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置であって、前記原料を前記バーナに供給する原料供給手段と、酸化性ガスを、前記原料と共に前記バーナから噴出させる酸化性ガス供給手段と、予め可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガスを前記バーナに供給する混合ガス供給手段とを備え、前記バーナに、前記原料及び前記酸化性ガスを噴出する原料噴出孔を備えると共に、当該原料噴出孔の周囲に前記混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔を設けた点にある。
尚、本明細書において、酸化性ガスとは、他の物を酸化するガスであり、具体的には、酸素ガスや、空気の如く酸素ガスを含んだガス等が例示される。支燃性ガスとは、当該ガス自体は燃えないが他の物を燃え易くする性質を有するガスであり、具体的には酸素ガスや、空気の如く酸素ガスを含んだガス等が例示される。また、可燃性ガスとは、当該ガス自体が燃える性質を有するガスであり、具体的には水素ガスや、メタン、アセチレン、プロパン、ブタン等の炭化水素ガス等が例示される。
A first characteristic configuration of a metal oxide production apparatus according to the present invention for achieving the above object is an apparatus for producing a metal oxide using a flame, comprising a burner for ejecting a raw material containing a metal element. A raw material supply means for supplying the raw material to the burner, an oxidizing gas supply means for injecting an oxidizing gas from the burner together with the raw material, and a mixed gas obtained by mixing a combustible gas and a combustion-supporting gas in advance. Mixed gas supply means for supplying to the burner, the burner having a raw material injection hole for injecting the raw material and the oxidizing gas, and for injecting the mixed gas around the raw material injection hole It is in the point which provided the hole.
In this specification, the oxidizing gas is a gas that oxidizes other substances, and specifically includes oxygen gas, gas containing oxygen gas such as air, and the like. A combustion-supporting gas is a gas that does not burn, but has the property of making other things easy to burn. Specific examples thereof include oxygen gas and gas containing oxygen gas such as air. . Further, the flammable gas is a gas having the property that the gas itself burns, and specifically, hydrogen gas, hydrocarbon gases such as methane, acetylene, propane, butane, and the like are exemplified.
本構成によれば、原料及び酸化性ガスを噴出する原料噴出孔の周囲に混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔を設けているため、原料噴出孔の周囲を混合ガスの燃焼で形成される火炎によって加熱することができる。このため、原料噴出孔から噴出させる原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くしても、原料に含まれる金属元素を安定に酸化反応させることができる。
この際、本構成では、可燃性ガスと支燃性ガスとを予め混合した混合ガスをバーナに供給するので、バーナ内の流路の形状に関わらず、混合ガスを均一に混合させることができ、原料に含まれる金属元素の酸化をより安定化することができる。
したがって、本発明に係る金属酸化物製造装置は、均一な品質の金属酸化物を製造することができる。
According to this configuration, since the mixed gas ejection hole for ejecting the mixed gas is provided around the raw material ejection hole for ejecting the raw material and the oxidizing gas, the flame formed by the combustion of the mixed gas around the raw material ejection hole Can be heated. For this reason, even if the ejection speed of the raw material and the oxidizing gas ejected from the raw material ejection hole is increased, the metal element contained in the raw material can be stably oxidized.
At this time, in this configuration, since the mixed gas in which the combustible gas and the combustion supporting gas are mixed in advance is supplied to the burner, the mixed gas can be uniformly mixed regardless of the shape of the flow path in the burner. The oxidation of the metal element contained in the raw material can be further stabilized.
Therefore, the metal oxide production apparatus according to the present invention can produce a metal oxide of uniform quality.
本発明に係る金属酸化物製造装置の第２特徴構成は、前記混合ガス噴出孔が前記原料噴出孔の周囲に沿って複数設けてあり、前記混合ガス噴出孔の近傍に、前記混合ガス噴出孔の開口面積より小さい開口面積を有する第２の混合ガス噴出孔を備える点にある。 A second characteristic configuration of the metal oxide production apparatus according to the present invention is that a plurality of the mixed gas ejection holes are provided along the periphery of the raw material ejection holes, and the mixed gas ejection holes are disposed in the vicinity of the mixed gas ejection holes. The second mixed gas ejection hole has an opening area smaller than the opening area.
本構成によれば、混合ガス噴出孔から噴出する混合ガスの燃焼で形成される第１の火炎の近傍に、第１の火炎よりも火炎の大きさが小さい第２の火炎を形成することができる。このため、第２の火炎により第１の火炎を加熱することにより、第１の火炎の燃焼状態を安定化することができ、原料に含まれる金属元素の酸化反応をより安定化することができる。 According to this configuration, the second flame having a smaller flame size than the first flame can be formed in the vicinity of the first flame formed by the combustion of the mixed gas ejected from the mixed gas ejection hole. it can. For this reason, by heating the first flame with the second flame, the combustion state of the first flame can be stabilized, and the oxidation reaction of the metal element contained in the raw material can be further stabilized. .
本発明に係る金属酸化物製造装置の第３特徴構成は、前記第２の混合ガス噴出孔を、前記原料噴出孔に対して前記混合ガス噴出孔よりも遠方に設けた点にある。 The 3rd characteristic structure of the metal oxide manufacturing apparatus which concerns on this invention exists in the point which provided the said 2nd mixed gas ejection hole far from the said mixed gas ejection hole with respect to the said raw material ejection hole.
本構成によれば、第２の火炎を原料噴出孔に対して少なくとも第１の火炎よりも遠方に形成させているため、原料噴出孔から噴出する原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くする場合のように、第１の火炎がバーナの中央部側から影響を受ける場合であっても、第２の火炎が第１の火炎の燃焼を補助し、第１の火炎を安定化させることができる。 According to this configuration, since the second flame is formed at least far from the first flame with respect to the raw material ejection holes, the ejection speed of the raw material and the oxidizing gas ejected from the raw material ejection holes is increased. Thus, even when the first flame is affected from the center side of the burner, the second flame assists the combustion of the first flame and can stabilize the first flame. .
本発明に係る金属酸化物製造装置の第４特徴構成は、内部に前記原料を噴出する前記バーナを配設した反応容器と、当該反応容器の内部に設けられ、前記金属酸化物を捕集するフィルタとを備えた点にある。 4th characteristic structure of the metal oxide manufacturing apparatus which concerns on this invention is provided in the inside of the reaction container which arrange | positioned the said burner which ejects the said raw material inside, and collects the said metal oxide inside the said reaction container. It has a filter.
本構成のように、生成した金属酸化物を捕集するフィルタを反応容器内に設けることにより、装置のコンパクト化を図ることができる。また、反応部と回収部とをつなぐ付着が生じやすい配管を省くことができるため、製品を良好に回収できる。 By providing a filter that collects the generated metal oxide in the reaction vessel as in this configuration, the apparatus can be made compact. In addition, since it is possible to omit the piping that easily attaches between the reaction part and the recovery part, the product can be recovered satisfactorily.
本発明に係る金属酸化物製造装置の第５特徴構成は、前記原料噴出孔と対向する位置に基材を支持する基材支持部を設け、前記基材の表面に前記金属酸化物の膜を形成する点にある。 According to a fifth characteristic configuration of the metal oxide production apparatus according to the present invention, a base material supporting portion for supporting the base material is provided at a position facing the raw material ejection hole, and the metal oxide film is provided on the surface of the base material. The point is to form.
ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の従来の成膜方法では、高真空状態やプラズマ発生等の高エネルギー状態を必要とするため、装置が大掛りで設備コストが高く、かつ操作が複雑であった。また、形成できる膜も薄膜に限られていた。
本構成によれば、真空状態にする必要やプラズマを発生させる必要がないため装置が大掛りになることがなく、安価で容易に、基材の表面に金属酸化物等の膜を形成することができる。また、薄膜から厚膜まで任意の厚さの膜を得ることができる。
Conventional film forming methods such as the CVD method and the PVD method require a high energy state such as a high vacuum state or plasma generation, so that the apparatus is large, the equipment cost is high, and the operation is complicated. Moreover, the film | membrane which can be formed was restricted to the thin film.
According to this configuration, since it is not necessary to create a vacuum state or generate plasma, the apparatus does not become large, and a film such as a metal oxide can be easily and inexpensively formed on the surface of the substrate. Can do. In addition, a film having an arbitrary thickness from a thin film to a thick film can be obtained.
〔第一の実施形態〕
以下に、本発明に係る金属酸化物製造装置の第一の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、本発明を微粒子製造装置に適用した場合について説明する。
[First embodiment]
Below, 1st embodiment of the metal oxide manufacturing apparatus which concerns on this invention is described with reference to drawings. Here, a case where the present invention is applied to a fine particle manufacturing apparatus will be described.
本発明に係る金属酸化物製造装置は、図１に示すように、所望の金属酸化物の前駆体となり得る金属元素を含む原料（以下、単に「原料」と称する場合がある）を噴出させるバーナ２を備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置であって、原料をバーナ２に供給する原料供給手段３，３ａ，３ｂと、酸化性ガスを原料と共にバーナ２から噴出させる酸化性ガス供給手段４，４ａ，４ｂと、予め可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガス（以下、単に「混合ガス」と称する場合がある）をバーナ２に供給する混合ガス供給手段５，５ａとを備え、バーナ２に、図５に示すように、原料及び酸化性ガスを噴出する原料噴出孔９を備えると共に、原料噴出孔９の周囲に混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔８を設けたものである。 As shown in FIG. 1, a metal oxide production apparatus according to the present invention is a burner that ejects a raw material containing a metal element that can be a precursor of a desired metal oxide (hereinafter simply referred to as “raw material”). 2, an apparatus for producing metal oxide using a flame, and a material supply means 3, 3 a, 3 b for supplying a raw material to the burner 2, and an oxidizing property for ejecting an oxidizing gas from the burner 2 together with the raw material Gas supply means 4, 4 a, 4 b and mixed gas supply means 5 for supplying the burner 2 with a mixed gas obtained by mixing a combustible gas and a combustion-supporting gas in advance (hereinafter sometimes referred to simply as “mixed gas”). 5a, and the burner 2 is provided with a raw material injection hole 9 for injecting a raw material and an oxidizing gas, and a mixed gas injection hole 8 for injecting a mixed gas around the raw material injection hole 9, as shown in FIG. Is provided.
このような構成によれば、混合ガス噴出孔８から噴出させた混合ガスを燃焼させて火炎を形成させることにより、原料噴出孔９から噴出させた原料を酸化性ガスによって酸化させると共に、原料噴出孔９の周囲を加熱することができる。このため、原料噴出孔９から噴出させる原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くしても、混合ガスの燃焼により形成される火炎により、原料の酸化反応状態を安定させることができる。（以下、原料中の金属元素の酸化反応を、単に「原料の酸化」と称する場合がある）
この際、可燃性ガスと支燃性ガスとを予め混合した混合ガスを、バーナ２に供給するので、混合ガスを安定に燃焼させることができ、原料の酸化反応をより安定化することができる。
したがって、本発明に係る金属酸化物製造装置は、均一な品質の金属酸化物を製造することができる。
According to such a configuration, the mixed gas ejected from the mixed gas ejection hole 8 is burned to form a flame, whereby the raw material ejected from the raw material ejection hole 9 is oxidized by the oxidizing gas and the raw material ejection The periphery of the hole 9 can be heated. For this reason, even if the ejection speed of the raw material and the oxidizing gas ejected from the raw material ejection hole 9 is increased, the oxidation reaction state of the raw material can be stabilized by the flame formed by the combustion of the mixed gas. (Hereinafter, the oxidation reaction of the metal element in the raw material may be simply referred to as “oxidation of the raw material”)
At this time, since the mixed gas in which the combustible gas and the combustion-supporting gas are mixed in advance is supplied to the burner 2, the mixed gas can be stably burned, and the oxidation reaction of the raw material can be further stabilized. .
Therefore, the metal oxide production apparatus according to the present invention can produce a metal oxide of uniform quality.
本実施形態に係る微粒子製造装置は、図１に示すように、本発明に係る金属酸化物製造装置を備え、原料を酸化して金属酸化物微粒子（以下、単に「微粒子」と称する場合がある）を生成する反応部１００と、反応部１００で生成した微粒子を回収する回収部２００とを備える。反応部１００と回収部２００との間には冷却管等の冷却部（図示しない）が設けてあり、反応部１００で生成した微粒子は冷却部で冷却された後、回収部２００へ送られるようになっている。回収部２００へ送られた微粒子は、回収部２００に設けたバグフィルタ２０によって集められる。尚、本実施形態では回収部２００にバグフィルタ２０を設けているが、サイクロン等、別の回収手段を用いても構わない。 As shown in FIG. 1, the fine particle production apparatus according to the present embodiment includes the metal oxide production apparatus according to the present invention, and may oxidize the raw material to obtain metal oxide fine particles (hereinafter simply referred to as “fine particles”). ) And a recovery unit 200 that recovers the fine particles generated by the reaction unit 100. A cooling unit (not shown) such as a cooling pipe is provided between the reaction unit 100 and the recovery unit 200 so that the fine particles generated in the reaction unit 100 are cooled by the cooling unit and then sent to the recovery unit 200. It has become. The fine particles sent to the collection unit 200 are collected by the bag filter 20 provided in the collection unit 200. In the present embodiment, the bag filter 20 is provided in the collecting unit 200, but other collecting means such as a cyclone may be used.
回収部２００の下流側には、排気部（図示しない）が設けてあり、この排気部によって反応部１００内の圧力を減圧状態に制御している。排気部では、例えば、排気通路にブロワやダンパ等を設け、反応部１００の内圧を測る圧力センサの検出値に基づいて、ブロワの風量を制御したり、ダンパの開度を変更調整したりして反応部１００の内圧が一定に維持されるように制御している。また、反応部１００の内圧を一定に維持するためには、反応部１００から下流側の配管や冷却部、回収部２００等の機器類にも圧力センサを設置し、この圧力センサの検出値に基づいて、ブロワの風量制御やダンパの開度調整を行うようにすることもできる。このように反応部１００の内圧を一定に維持することで、生成する微粒子の品質を均一化させることができる。 An exhaust unit (not shown) is provided on the downstream side of the recovery unit 200, and the pressure in the reaction unit 100 is controlled to be reduced by the exhaust unit. In the exhaust section, for example, a blower, a damper, or the like is provided in the exhaust passage, and the air volume of the blower is controlled or the opening degree of the damper is changed and adjusted based on the detection value of the pressure sensor that measures the internal pressure of the reaction section 100. Thus, the internal pressure of the reaction unit 100 is controlled to be kept constant. In order to keep the internal pressure of the reaction unit 100 constant, a pressure sensor is also installed in equipment such as a pipe, a cooling unit, and a recovery unit 200 on the downstream side of the reaction unit 100, and the detected value of the pressure sensor Based on this, it is also possible to perform blower air volume control and damper opening adjustment. Thus, by maintaining the internal pressure of the reaction unit 100 constant, the quality of the generated fine particles can be made uniform.
反応部１００は、微粒子の出口を先細状に形成した円筒状の反応容器１を備えている。反応容器１の壁部には、原料を反応容器１内に噴出させるバーナ２が微粒子の出口と対峙する位置に設けてあり、バーナ２の近傍には、冷却ガスを反応容器１内に供給する冷却ガス供給手段１ａが設けてある。冷却ガス供給手段１ａは、必ずしも設ける必要はないが、設けた場合には冷却ガスにより微粒子生成時の補助的な冷却効果をもたらすと共に、生成した微粒子及び燃焼後のガス等を反応容器１から排出する際の整流効果をもたらすことができる。また、反応容器１には水冷ジャケット等の冷却手段を別途設けることもできる。 The reaction unit 100 includes a cylindrical reaction vessel 1 having a fine particle outlet tapered. On the wall of the reaction vessel 1, a burner 2 for ejecting the raw material into the reaction vessel 1 is provided at a position facing the outlet of the fine particles, and a cooling gas is supplied into the reaction vessel 1 in the vicinity of the burner 2. A cooling gas supply means 1a is provided. The cooling gas supply means 1a is not necessarily provided, but when provided, the cooling gas provides an auxiliary cooling effect at the time of generating fine particles, and discharges the generated fine particles and the gas after combustion from the reaction vessel 1. The rectifying effect can be brought about. Further, the reaction vessel 1 may be provided with a cooling means such as a water cooling jacket.
バーナ２には、例えば金属元素を含む原料を供給する原料供給手段としての流量調節手段３及び供給管３ａ，３ｂと、酸素ガスや空気等の酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段としての流量調節手段４及び供給管４ａ，４ｂとが設けてある。酸化性ガスはバーナ２の内部またはバーナ２から噴出した後、反応容器１内において原料と混合され、原料を酸化するものである。また、バーナ２には、プロパンガス等の可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給手段としての流量調節手段５ｂ及び供給管５ｃ，５ｄと、酸素ガスや空気等の支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給手段としての流量調節手段５ｅ及び供給管５ｆ，５ｇと、可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給手段としての混合手段５及び供給管５ａとが設けてある。混合ガスは、原料の周りで燃焼し、原料の酸化反応を促進するものである。流量調節手段３，４，５ｂ，５ｅとしては流量計及びバルブ等、従来公知のものが適用できる。混合手段５としては、例えば、図２に示すようなエジェクタ式のものや図３に示すような遠心式のもの等を採用することができる。可燃性ガスと支燃性ガスとは、このような混合手段５によって混合させた後に、供給管５ａを通過させバーナ２に供給する。 The burner 2 includes, for example, a flow rate adjusting means 3 and supply pipes 3a and 3b as raw material supply means for supplying a raw material containing a metal element, and an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas such as oxygen gas or air. A flow rate adjusting means 4 and supply pipes 4a and 4b are provided. The oxidizing gas is jetted from the inside of the burner 2 or from the burner 2 and then mixed with the raw material in the reaction vessel 1 to oxidize the raw material. Further, the burner 2 is supplied with flow control means 5b and supply pipes 5c and 5d as combustible gas supply means for supplying a combustible gas such as propane gas, and a support for supplying a combustible gas such as oxygen gas and air. A flow rate adjusting means 5e and supply pipes 5f and 5g as a flammable gas supply means; a mixing means 5 and a supply pipe 5a as a mixed gas supply means for supplying a mixed gas obtained by mixing a flammable gas and a combustion-supporting gas; Is provided. The mixed gas burns around the raw material and promotes the oxidation reaction of the raw material. As the flow rate adjusting means 3, 4, 5 b, 5 e, conventionally known ones such as a flow meter and a valve can be applied. As the mixing means 5, for example, an ejector type as shown in FIG. 2 or a centrifugal type as shown in FIG. 3 can be adopted. The combustible gas and the combustion-supporting gas are mixed by the mixing means 5 and then supplied to the burner 2 through the supply pipe 5a.
バーナ２の内部には、図４に示すように、原料供給手段から供給された原料が流通する原料流路６ａと、酸化性ガス供給手段から供給された酸化性ガスが流通する酸化性ガス流路７ａと、混合ガス供給手段から供給された混合ガスが流通する混合ガス流路８ａとが設けてある。原料流路６ａと酸化性ガス流路７ａとは、バーナ２の内部において合流し混合流路９ａを形成している。 As shown in FIG. 4, the burner 2 has a raw material flow path 6a through which the raw material supplied from the raw material supply means flows, and an oxidizing gas flow through which the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply means flows. A path 7a and a mixed gas flow path 8a through which the mixed gas supplied from the mixed gas supply means flows are provided. The raw material flow path 6a and the oxidizing gas flow path 7a join together in the burner 2 to form a mixing flow path 9a.
バーナ２の先端面には、図５（ａ）に示すように、中央部に混合流路９ａと連通し、原料及び酸化性ガスを噴出させる原料噴出孔９が設けてあり、原料噴出孔９の周囲には混合ガス流路８ａと連通し、混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔８が周方向に沿って設けてある。このような構成によれば、混合ガス流路８ａから噴出させた混合ガスを燃焼させて火炎を形成させることにより、原料噴出孔９の周囲を加熱することができ、原料噴出孔９から噴出する原料の酸化反応を安定化することができる。このため、本実施形態に係る微粒子製造装置は、均一な品質の金属酸化物微粒子を製造することができる。
尚、本実施形態においては、混合ガス噴出孔８を原料噴出孔９の周囲に周方向に沿って８個設けた場合を例示したが、混合ガス噴出孔８の数、形状は特に限定されない。例えば、総開孔面積が一定の場合では、個々の開孔面積が大きい混合ガス噴出孔８を少数設けるよりも、個々の開孔面積が小さい混合ガス噴出孔８を多数設ける方が、火炎を安定させるためには望ましい。また、図５（ｂ）に示すように、混合ガス噴出孔８を原料噴出孔９の周囲に周方向に連続するリング状とすることもできる。
As shown in FIG. 5 (a), a raw material ejection hole 9 that communicates with the mixing channel 9 a and ejects a raw material and an oxidizing gas is provided at the front end surface of the burner 2. A mixed gas ejection hole 8 through which the mixed gas is ejected is provided along the circumferential direction. According to such a structure, the surroundings of the raw material injection hole 9 can be heated by burning the mixed gas ejected from the mixed gas flow path 8a to form a flame, and the raw material ejection hole 9 is ejected. The oxidation reaction of the raw material can be stabilized. For this reason, the fine particle manufacturing apparatus according to the present embodiment can manufacture metal oxide fine particles of uniform quality.
In the present embodiment, the case where eight mixed gas ejection holes 8 are provided around the raw material ejection holes 9 along the circumferential direction is illustrated, but the number and shape of the mixed gas ejection holes 8 are not particularly limited. For example, when the total aperture area is constant, it is more effective to provide a larger number of mixed gas ejection holes 8 with smaller individual aperture areas than to provide a smaller number of mixed gas ejection holes 8 with larger individual aperture areas. Desirable for stability. Further, as shown in FIG. 5 (b), the mixed gas ejection holes 8 can be formed in a ring shape that continues around the raw material ejection holes 9 in the circumferential direction.
金属元素を含有する原料としては、可燃性物質を含む場合と可燃性物質を含まない場合のいずれの場合も適用可能である。原料に可燃性物質を含む場合には、原料自体が燃焼し（酸化され）火炎を形成し、金属酸化物を生成する。原料に可燃性物質を含まない場合には、原料が混合ガスの燃焼により形成される火炎によって気化し、酸化性ガスによって酸化されて金属酸化物を生成する。
金属元素を含有する原料は、特に限定はされず、粉末状、気体状、液体状のいずれでも構わないが、好ましくは有機金属塩、硝酸金属塩、酢酸金属塩、金属塩化物等の溶液を用いることができる。金属元素の種類としては、Ｌｉ、Ｎａ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属、Ｚｎ、Ａｌ等の低融点金属、Ｔｉ、Ｆｅ、Ａｇ等の重金属、ランタノイド等の遷移金属、Ｓｂ、Ｓｉ等の半金属等を用いることができる。尚、本明細書においては、半金属も金属として取り扱う。
As a raw material containing a metal element, any of the case where a flammable substance is included and the case where a flammable substance is not included are applicable. When the raw material contains a combustible substance, the raw material itself burns (oxidizes) to form a flame, and a metal oxide is generated. When the raw material does not contain a combustible substance, the raw material is vaporized by a flame formed by the combustion of the mixed gas, and is oxidized by the oxidizing gas to generate a metal oxide.
The raw material containing the metal element is not particularly limited and may be any of powder, gas, and liquid, but preferably a solution of an organic metal salt, a metal nitrate metal salt, a metal acetate metal salt, a metal chloride, or the like. Can be used. The types of metal elements include alkali metals such as Li and Na, alkaline earth metals such as Mg and Ca, low melting point metals such as Zn and Al, heavy metals such as Ti, Fe and Ag, transition metals such as lanthanoids, Sb A semi-metal such as Si can be used. In the present specification, a semi-metal is also handled as a metal.
このような微粒子製造装置を用いて微粒子を製造した場合、当該微粒子は通常、酸化物微粒子となるが、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属元素を含有する原料を用いた場合には、当該金属元素にとってそれ自身酸化物であるよりも金属であることの方が化学的、エネルギー的に安定であることから、金属微粒子が製造される。 When the fine particles are produced using such a fine particle production apparatus, the fine particles are usually oxide fine particles. However, when a raw material containing a noble metal element such as Au or Ag is used, the fine particles are used for the metal element. Since the metal is more stable than the oxide itself in terms of chemical and energy, metal fine particles are produced.
本実施形態においては、原料流路６ａと酸化性ガス流路７ａとがバーナ２の内部で合流し、混合流路９ａを形成する場合を例として説明したが、図６に示すように、原料流路６ａと酸化性ガス流路７ａとを合流させることなく、それぞれ原料噴出孔６と酸化性ガス噴出孔７とに連通させ、バーナ２から噴出した後に原料と酸化性ガスとを混合させることもできる。尚、図４において原料と酸化性ガスをバーナ２の外部に噴出する孔を「原料噴出孔」と称したが、図６及び図１１（ｂ）における原料のみをバーナ２の外部に噴出する孔も「原料噴出孔」と称す。
また、図６では、原料噴出孔６が、酸化性ガス噴出孔７および混合ガス噴出孔８に対して突出しているが、各噴出孔を同一面上に設けることもできる。また、図１１（ａ）に示すように、酸化性ガス噴出孔７および混合ガス噴出孔８を原料噴出孔６に対し突出させたり、図１１（ｂ）に示すように、原料噴出孔６および酸化性ガス噴出孔７を混合ガス噴出孔８に対し突出させてもよい。
In the present embodiment, the case where the raw material flow path 6a and the oxidizing gas flow path 7a merge inside the burner 2 to form the mixing flow path 9a has been described as an example. However, as shown in FIG. Without making the flow path 6a and the oxidizing gas flow path 7a merge, they are communicated with the raw material ejection hole 6 and the oxidizing gas ejection hole 7, respectively, and after being ejected from the burner 2, the raw material and the oxidizing gas are mixed. You can also. In FIG. 4, a hole for injecting the raw material and the oxidizing gas to the outside of the burner 2 is referred to as a “raw material injection hole”, but a hole for injecting only the raw material in FIG. 6 and FIG. Is also referred to as a “raw material ejection hole”.
In FIG. 6, the raw material ejection holes 6 protrude from the oxidizing gas ejection holes 7 and the mixed gas ejection holes 8, but each ejection hole can also be provided on the same plane. Further, as shown in FIG. 11 (a), the oxidizing gas ejection hole 7 and the mixed gas ejection hole 8 protrude from the raw material ejection hole 6, or as shown in FIG. 11 (b), the raw material ejection hole 6 and The oxidizing gas ejection hole 7 may be protruded from the mixed gas ejection hole 8.
本実施形態においては、原料噴出孔９の周囲に混合ガス噴出孔８のみを設けた場合を例として説明したが、例えば、図７，９に示すように混合ガス流路８ａを第１の混合ガス流路８ｂと第２の混合ガス流路８ｃとに分岐させ、図８，１０に示すように、第１の混合ガス流路８ｂと連通する混合ガス噴出孔８の近傍に、第２の混合ガス流路８ｃと連通し、混合ガス噴出孔８の開口面積より小さい開口面積を有する第２の混合ガス噴出孔８´を設けることもできる。この場合、混合ガス噴出孔８から噴出する混合ガスの燃焼で形成される第１の火炎の近傍に、第２の混合ガス噴出孔８´から噴出する混合ガスの燃焼によって、第１の火炎よりも火炎の大きさが小さい第２の火炎を形成することができるため、第２の火炎により第１の火炎を加熱することができ、第１の火炎の燃焼状態を安定化することができる。 In the present embodiment, the case where only the mixed gas injection hole 8 is provided around the raw material injection hole 9 has been described as an example. For example, as shown in FIGS. As shown in FIGS. 8 and 10, the gas flow path 8 b and the second mixed gas flow path 8 c are branched, and in the vicinity of the mixed gas ejection hole 8 communicating with the first mixed gas flow path 8 b, the second A second mixed gas ejection hole 8 ′ communicating with the mixed gas flow path 8 c and having an opening area smaller than the opening area of the mixed gas ejection hole 8 may be provided. In this case, in the vicinity of the first flame formed by the combustion of the mixed gas ejected from the mixed gas ejection hole 8, the combustion of the mixed gas ejected from the second mixed gas ejection hole 8 ′ causes the first flame to Since the second flame having a small flame size can be formed, the first flame can be heated by the second flame, and the combustion state of the first flame can be stabilized.
第２の混合ガス噴出孔８´を設ける場合には、例えば、図７，８に示すように少なくとも原料噴出孔９に対して混合ガス噴出孔８よりも遠方に設け、第２の火炎を少なくとも第１の火炎よりも外側に形成させることが好ましい。本構成であれば、原料噴出孔９から噴出する原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くする場合のように、第１の火炎がバーナ２の中央部側から影響を受ける場合であっても、第２の火炎が第１の火炎の燃焼を補助し、安定化することができる。 In the case of providing the second mixed gas ejection hole 8 ′, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, the second mixed gas ejection hole 8 ′ is provided at least far from the mixed gas ejection hole 8 with respect to the raw material ejection hole 9 and at least the second flame is provided. It is preferable to form it outside the first flame. Even if the first flame is affected from the center side of the burner 2 as in the case of increasing the injection speed of the raw material and the oxidizing gas ejected from the raw material ejection hole 9, The second flame can assist and stabilize the combustion of the first flame.
また、第２の混合ガス噴出孔８´は、その全てを原料噴出孔９に対して混合ガス噴出孔８よりも遠方に設ける必要はなく、例えば、図９，１０に示すように一部の混合ガス噴出孔８´を原料噴出孔９の近傍に配置してもよい。図１０（ｂ）、（ｃ）のように、混合ガス噴出孔８が原料噴出孔９の周囲に沿って複数設けてある場合には、第２の混合ガス噴出孔８´をそれぞれの混合ガス噴出孔８の周囲に複数設け、第２の火炎が第１の火炎を取り囲むように形成させることができる。このような構成により、第１の火炎の燃焼状態をより安定化することができる。 Further, it is not necessary to provide all of the second mixed gas ejection holes 8 ′ farther than the mixed gas ejection holes 8 with respect to the raw material ejection holes 9. For example, as shown in FIGS. The mixed gas ejection hole 8 ′ may be disposed in the vicinity of the raw material ejection hole 9. When a plurality of mixed gas ejection holes 8 are provided along the periphery of the raw material ejection holes 9 as shown in FIGS. 10B and 10C, the second mixed gas ejection holes 8 ′ are provided for the respective mixed gases. A plurality of the holes can be provided around the ejection hole 8 so that the second flame surrounds the first flame. With such a configuration, the combustion state of the first flame can be further stabilized.
本実施形態において、図４、７、９に示すバーナ２は、原料噴出孔９と混合ガス噴出孔８とを同一面上に設けた場合を例として説明したが、図６に示すバ−ナ２と同様に、原料噴出孔９、混合ガス噴出孔８、第２の混合ガス噴出孔８´を、他の噴出孔に対し、適宜突出させてもよい。 In the present embodiment, the burner 2 shown in FIGS. 4, 7, and 9 has been described as an example in which the raw material injection holes 9 and the mixed gas injection holes 8 are provided on the same plane. However, the burner shown in FIG. Similarly to 2, the raw material ejection hole 9, the mixed gas ejection hole 8, and the second mixed gas ejection hole 8 ′ may be appropriately projected with respect to the other ejection holes.
本実施形態においては、原料及び酸化性ガスの噴出方向と、混合ガスの噴出方向とが平行になるように設けた場合を例として説明したが、特に限定されるものではない。例えば、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように混合ガスの噴出方向を原料及び酸化性ガスの噴出方向に対して交差するように設け、混合ガスの燃焼による火炎をバーナ２の中心方向に向かって形成させることもできる。この構成により、原料噴出孔９から噴出する原料の酸化をより安定化することができる。また、混合ガスの燃焼による火炎の一部を、バーナの外方に向かって形成させることもできる。
尚、このような構成は、例えば、図６，７，９に示すバーナ２においても適用することができる。特に、図７，９に示すバーナ２の場合では、第１の火炎及び第２の火炎のうち、少なくともいずれかの火炎をバーナ２の中心方向または外方に向かって形成させることもできる。
In this embodiment, although the case where it provided so that the injection direction of a raw material and oxidizing gas and the injection direction of mixed gas may become parallel was demonstrated as an example, it is not specifically limited. For example, as shown in FIGS. 11 (c) and 11 (d), the jet direction of the mixed gas is provided so as to intersect the jet direction of the raw material and the oxidizing gas, and the flame caused by the combustion of the mixed gas is directed toward the center of the burner 2. It can also be formed toward. With this configuration, the oxidation of the raw material ejected from the raw material ejection holes 9 can be further stabilized. Moreover, a part of flame by combustion of mixed gas can also be formed toward the outward of a burner.
Such a configuration can also be applied to the burner 2 shown in FIGS. In particular, in the case of the burner 2 shown in FIGS. 7 and 9, at least one of the first flame and the second flame can be formed toward the center of the burner 2 or outward.
本実施形態においては、原料供給手段として流量調整手段３及び供給管３ａ，３ｂ、酸化性ガス供給手段として流量調節手段４及び供給管４ａ，４ｂ、可燃性ガス供給手段として流量調節手段５ｂ及び供給管５ｃ，５ｄ、支燃性ガス供給手段として流量調節手段５ｅ及び供給管５ｆ，５ｇ、混合ガス供給手段として混合手段５及び供給管５ａとを設けた場合を例として説明したが、特にこれに限定はされない。例えば、原料が液体状である場合には、原料供給手段としてポンプやタンク等を設けることもできる。 In the present embodiment, the flow rate adjusting means 3 and supply pipes 3a and 3b as raw material supply means, the flow rate adjusting means 4 and supply pipes 4a and 4b as oxidizing gas supply means, and the flow rate adjusting means 5b and supply as combustible gas supply means. The case where the pipes 5c and 5d, the flow rate adjusting means 5e and the supply pipes 5f and 5g as the combustion supporting gas supply means, and the mixing means 5 and the supply pipe 5a as the mixed gas supply means have been described as an example. There is no limitation. For example, when the raw material is liquid, a pump, a tank, or the like can be provided as the raw material supply means.
（実施例１）
以下に、本実施形態に係る微粒子製造装置を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
Example 1
Hereinafter, examples using the fine particle production apparatus according to the present embodiment will be shown and the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to these examples.
［Ａｌ2Ｏ3粒子の製造］
バーナ２として図４及び図５（ａ）に示す構造のバーナを使用した。
原料として硝酸アルミニウム３４％水溶液と２−プロパノールとを調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを１．２Ｎｍ3／ｈ、可燃性ガスを０．２４Ｎｍ3／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．６ｋｇ／ｈの原料と、４．８Ｎｍ3／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。尚、冷却ガス供給手段１ａからは空気を１．６Ｎｍ3／ｈで供給した。
バグフィルタ２０からの回収物を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、図１２に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、４５ｍ2／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は４２ｎｍであった。また、Ｘ線構造解析の結果から、微粒子は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）であることが確認できた。
[Production of Al 2 O 3 particles]
As the burner 2, a burner having a structure shown in FIGS. 4 and 5A was used.
A mixture of a 34% aqueous solution of aluminum nitrate and 2-propanol was used as a raw material. Oxygen gas was used as the oxidizing gas and the combustion-supporting gas, and propane gas was used as the combustible gas.
First, the combustion supporting gas was supplied to the burner 2 at 1.2 Nm 3 / h and the combustible gas was 0.24 Nm 3 / h, and ignition was performed. Thereafter, 0.6 kg / h of raw material and 4.8 Nm 3 / h of oxidizing gas were supplied to the burner 2. Air was supplied at 1.6 Nm 3 / h from the cooling gas supply means 1a.
When the recovered material from the bag filter 20 was observed with a transmission electron microscope (TEM), the particles were as shown in FIG. The specific surface area of the obtained fine particles was measured by a one-point BET method using nitrogen adsorption. As a result, it was 45 m 2 / g, and the BET equivalent diameter determined from the specific surface area was 42 nm. Further, from the result of X-ray structural analysis, it was confirmed that the fine particles were aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
［Ｂｉ3.25Ｌａ0.75Ｔｉ3Ｏ12（ＢＬＴ）粒子の製造］
バーナ２として図６に示す構造のバーナを使用した。
原料として２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸ランタン、テトラ（２−エチルへキシル）チタネート及びミネラルスピリットを調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを２．４Ｎｍ3／ｈ、可燃性ガスを０．４８Ｎｍ3／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．９ｋｇ／ｈの原料と、２．７Ｎｍ3／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。尚、冷却ガス供給手段１ａからは空気を９．０Ｎｍ3／ｈで供給した。
バグフィルタ２０からの回収物を、ＴＥＭで観察したところ、図１３に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を、窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、７．１ｍ2／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は１０２ｎｍであった。また、Ｘ線構造解析の結果から、微粒子はほぼ単相のＢＬＴ粒子であることが確認できた。
[Production of Bi 3.25 La 0.75 Ti 3 O 12 (BLT) Particles]
As the burner 2, a burner having a structure shown in FIG.
What prepared bismuth 2-ethylhexanoate, lanthanum 2-ethylhexanoate, tetra (2-ethylhexyl) titanate, and mineral spirit as a raw material was used. Oxygen gas was used as the oxidizing gas and the combustion-supporting gas, and propane gas was used as the combustible gas.
First, a combustion supporting gas was supplied to the burner 2 at 2.4 Nm 3 / h and a combustible gas was supplied at 0.48 Nm 3 / h, and ignition was performed. Thereafter, 0.9 kg / h of raw material and 2.7 Nm 3 / h of oxidizing gas were supplied to the burner 2. Air was supplied at 9.0 Nm 3 / h from the cooling gas supply means 1a.
When the collected material from the bag filter 20 was observed with a TEM, the particles were as shown in FIG. The specific surface area of the obtained fine particles was measured by a one-point BET method using nitrogen adsorption. As a result, it was 7.1 m 2 / g, and the BET equivalent diameter determined from the specific surface area was 102 nm. Moreover, from the result of the X-ray structural analysis, it was confirmed that the fine particles were almost single-phase BLT particles.
［ＬｉＣｏＯ2粒子の製造］
バーナ２として図７及び図８（ｃ）に示す構造のバーナを使用した。
原料としてナフテン酸リチウム、２−エチルヘキサン酸コバルト及びミネラルスピリットを調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを２．４Ｎｍ3／ｈ、可燃性ガスを０．４８Ｎｍ3／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．９ｋｇ／ｈの原料と、２．７Ｎｍ3／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。尚、冷却ガス供給手段１ａからは空気を９．０Ｎｍ3／ｈで供給した。
バグフィルタ２０からの回収物を、ＴＥＭで観察したところ、図１４に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を、窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、３０ｍ2／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は４２ｎｍであった。Ｘ線構造解析の結果から、微粒子は単相ＬｉＣｏＯ2粒子であることが確認できた。
[Production of LiCoO 2 particles]
A burner having a structure shown in FIGS. 7 and 8C was used as the burner 2.
As a raw material, a mixture of lithium naphthenate, cobalt 2-ethylhexanoate and mineral spirit was used. Oxygen gas was used as the oxidizing gas and the combustion-supporting gas, and propane gas was used as the combustible gas.
First, a combustion supporting gas was supplied to the burner 2 at 2.4 Nm 3 / h and a combustible gas was supplied at 0.48 Nm 3 / h, and ignition was performed. Thereafter, 0.9 kg / h of raw material and 2.7 Nm 3 / h of oxidizing gas were supplied to the burner 2. Air was supplied at 9.0 Nm 3 / h from the cooling gas supply means 1a.
When the collected material from the bag filter 20 was observed with a TEM, the particles were as shown in FIG. The specific surface area of the obtained fine particles was measured by a one-point BET method using nitrogen adsorption. As a result, it was 30 m 2 / g, and the BET equivalent diameter determined from the specific surface area was 42 nm. From the results of X-ray structural analysis, it was confirmed that the fine particles were single-phase LiCoO 2 particles.
〔第二の実施形態〕
次に、本発明に係る金属酸化物製造装置の第二の実施形態について説明する。ここでは、本発明を第一の実施形態と同様に微粒子製造装置に適用した場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the metal oxide production apparatus according to the present invention will be described. Here, the case where the present invention is applied to the fine particle production apparatus as in the first embodiment will be described.
本実施形態に係る微粒子製造装置は、図１５に示すように、本発明に係るバーナ２を備え、原料を酸化させて微粒子を生成する反応部５００を備える。反応部５００は、円筒状の反応容器５１と、反応容器５１の内部に設けられ、生成した微粒子を捕集するガラス繊維等の耐熱性フィルタ５３とを備える。反応容器５１には、下方側面から外側に向かって突出している開口部５２と、フィルタ５３によって微粒子が除去されたガスを上部から外部に排出する排気口５４とが設けてある。 As shown in FIG. 15, the fine particle manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a burner 2 according to the present invention, and includes a reaction unit 500 that oxidizes a raw material to generate fine particles. The reaction unit 500 includes a cylindrical reaction vessel 51 and a heat-resistant filter 53 such as glass fiber that is provided inside the reaction vessel 51 and collects generated fine particles. The reaction vessel 51 is provided with an opening 52 projecting outward from the lower side surface and an exhaust port 54 for discharging the gas from which fine particles have been removed by the filter 53 from the upper part to the outside.
開口部５２には第一の実施形態と同様のバーナ２が挿通してあり、反応容器５１内に原料と燃焼ガスとを噴出して微粒子を製造することができる。尚、本実施形態においては、バーナ２を反応容器５１の下方側面から挿通しているが、例えば、フィルタ５３の端面に対向する位置にバーナ２を設けてもよい。
排気口５４にはエジェクタやブロワ等の排気部（図示しない）が接続してあり、この排気部により、反応容器５１内のガスをフィルタ５３を介して排気することで、生成した微粒子を反応容器５１内のフィルタ５３表面で捕集することができる。
尚、本実施形態においては、バーナ２は開口部５２に隙間を設けて挿通してあり、排気部により反応容器５１内のガスを排気することで隙間から反応容器５１内に外気が導入され反応場を冷却できるようになっている。その他の構成、原料等は、第一の実施形態と同様である。
The burner 2 similar to that of the first embodiment is inserted into the opening 52, and fine particles can be produced by ejecting the raw material and the combustion gas into the reaction vessel 51. In this embodiment, the burner 2 is inserted from the lower side surface of the reaction vessel 51, but the burner 2 may be provided at a position facing the end surface of the filter 53, for example.
An exhaust part (not shown) such as an ejector or a blower is connected to the exhaust port 54. By exhausting the gas in the reaction container 51 through the filter 53 by this exhaust part, the generated fine particles are removed from the reaction container. It can be collected on the surface of the filter 53 in 51.
In the present embodiment, the burner 2 is inserted through the opening 52 with a gap, and by exhausting the gas in the reaction vessel 51 through the exhaust portion, outside air is introduced into the reaction vessel 51 from the gap and reacted. The field can be cooled. Other configurations, raw materials, and the like are the same as those in the first embodiment.
第一の実施形態に係る金属酸化物微粒子の製造においても、燃焼による熱量を小さくし、原料供給量を少なくすると生成する微粒子の粒径を小さくすることができるが、生成する微粒子の量自体が少なくなるため回収が困難となる。本実施形態のように、反応容器５１内にフィルタ５３を備える構成にすれば、生成する微粒子が少量になった場合でも回収が可能となると共に、装置のコンパクト化を図ることができる。また、熱量が比較的小さな状態でも運転できるため生成する微粒子のさらなる微細化を図ることができる。
本実施形態において、燃焼による熱量を小さくする場合、微粒子の生成を安定させるため、バーナ２における混合ガス噴出孔８や第２の混合ガス噴出孔８´の位置は原料噴出孔９に近付ける方が好ましい。
Even in the production of the metal oxide fine particles according to the first embodiment, if the amount of heat generated by combustion is reduced and the raw material supply amount is reduced, the particle size of the generated fine particles can be reduced. Since it becomes less, it becomes difficult to collect. If the filter 53 is provided in the reaction vessel 51 as in the present embodiment, recovery is possible even when the amount of generated fine particles becomes small, and the apparatus can be made compact. Further, since the operation can be performed even in a relatively small amount of heat, the generated fine particles can be further miniaturized.
In the present embodiment, when the amount of heat generated by combustion is reduced, in order to stabilize the generation of fine particles, the positions of the mixed gas ejection holes 8 and the second mixed gas ejection holes 8 ′ in the burner 2 should be closer to the raw material ejection holes 9. preferable.
（実施例２）
［ＣｅＯ2粒子の製造］
バーナ２として図１１（ａ）に示す構造のバーナを使用した。
原料として２―エチルヘキサン酸セリウム溶液と２−エチルヘキサン酸を調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを０．３Ｎｍ3／ｈ、可燃性ガスを０．０６Ｎｍ3／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．１２ｋｇ／ｈの原料と、０．７２Ｎｍ3／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。
反応容器内に設置したフィルタ５３からの回収物を、ＴＥＭで観察したところ、図１６に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、２０２ｍ2／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は４ｎｍであった。Ｘ線構造解析の結果から、微粒子は酸化セリウム（ＣｅＯ2）である事が確
認できた。
(Example 2)
[Production of CeO 2 particles]
As the burner 2, a burner having a structure shown in FIG.
A raw material prepared by mixing a cerium 2-ethylhexanoate solution and 2-ethylhexanoic acid was used. Oxygen gas was used as the oxidizing gas and the combustion-supporting gas, and propane gas was used as the combustible gas.
First, the burner gas was supplied to the burner 2 at 0.3 Nm 3 / h and the combustible gas was 0.06 Nm 3 / h, and ignition was performed. Thereafter, a raw material of 0.12 kg / h and an oxidizing gas of 0.72 Nm 3 / h were supplied to the burner 2.
When the collected material from the filter 53 installed in the reaction vessel was observed with a TEM, the particles were as shown in FIG. As a result of measuring the specific surface area of the obtained fine particles by a one-point BET method by nitrogen adsorption, it was 202 m 2 / g, and the BET equivalent diameter obtained from the specific surface area was 4 nm. From the results of X-ray structural analysis, it was confirmed that the fine particles were cerium oxide (CeO 2 ).
〔第三の実施形態〕
次に、本発明に係る金属酸化物製造装置の第三の実施形態について説明する。ここでは、本発明を成膜装置に適用した場合について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the metal oxide production apparatus according to the present invention will be described. Here, a case where the present invention is applied to a film forming apparatus will be described.
本実施形態に係る成膜装置は、図１７に示すように、本発明に係るバーナ２を備え、原料を酸化させて生成した金属酸化物微粒子を基材３１の表面に堆積させて金属酸化物膜（以下、単に「膜」と称する場合がある）を形成する成膜部３００と、成膜部３００において基材３１に堆積されなかった微粒子を回収する回収部４００とを備える。成膜部３００で基材３１に堆積されなかった微粒子は、第一の実施形態と同様に、成膜部３００と回収部４００との間に設けた冷却管等の冷却部（図示しない）で冷却された後、回収部４００に設けたバグフィルタ４０によって集められる。回収部４００の下流側には、排気部（図示しない）が設けてあり、この排気部によって成膜部３００内の圧力を制御している。尚、成膜部３００は、特に圧力を制御することなく、大気圧とすることもできる。 As shown in FIG. 17, the film forming apparatus according to the present embodiment includes the burner 2 according to the present invention, and deposits metal oxide fine particles generated by oxidizing the raw material on the surface of the substrate 31 to form the metal oxide. A film forming unit 300 that forms a film (hereinafter may be simply referred to as “film”) and a collection unit 400 that collects fine particles that have not been deposited on the base material 31 in the film forming unit 300 are provided. The fine particles that are not deposited on the substrate 31 by the film forming unit 300 are cooled by a cooling unit (not shown) such as a cooling pipe provided between the film forming unit 300 and the recovery unit 400, as in the first embodiment. After being cooled, the bag is collected by the bag filter 40 provided in the collection unit 400. An exhaust unit (not shown) is provided on the downstream side of the collection unit 400, and the pressure in the film forming unit 300 is controlled by this exhaust unit. The film forming unit 300 can also be set to atmospheric pressure without particularly controlling the pressure.
成膜部３００は、第一の実施形態と同様のバーナ２を備え、バーナ２と対向する位置に、複数の基材３１を支持する基材支持部としてのターンテーブル３２が設けてある。尚、対向するとは、バーナ２と基材支持部とが直交または斜交する位置関係にあることをいう。
ターンテーブル３２の下面には、ターンテーブル３２の上に配置した基材３１の温度を一定に保つため電熱ヒータ等の加熱手段（図示しない）が設けてある。また、ターンテーブルのそれぞれの基材３１の間には仕切り板（図示しない）が設けてあり、成膜中に他の基材３１への微粒子の飛散を防止している。
The film forming unit 300 includes the burner 2 similar to that of the first embodiment, and a turntable 32 is provided as a substrate support unit that supports the plurality of substrates 31 at a position facing the burner 2. Note that the term “opposing” means that the burner 2 and the base material support portion are in a positional relationship in which they are orthogonal or obliquely crossed.
A heating means (not shown) such as an electric heater is provided on the lower surface of the turntable 32 in order to keep the temperature of the base material 31 disposed on the turntable 32 constant. In addition, a partition plate (not shown) is provided between the base materials 31 of the turntable to prevent scattering of fine particles to other base materials 31 during film formation.
また、ターンテーブル３２は駆動装置（図示しない）によって回転自在に構成してあり、ターンテーブル３２を回転させることにより、複数の基材３２に順次膜を形成できるようになっている。バーナ２とターンテーブル３２とは、互いの位置関係を任意に設定出来るよう構成することが望ましく、例えばターンテーブル３２が上下に、バーナ２が前後左右に移動できることが望ましい。
尚、本実施形態においては、基材支持部としてターンテーブル３２を設けた場合を例示したが、特に限定されるものではなく、コンベア等を採用することもできる。その他の構成、原料等は、第一の実施形態と同様である。
Further, the turntable 32 is configured to be rotatable by a driving device (not shown), and a film can be sequentially formed on the plurality of base materials 32 by rotating the turntable 32. It is desirable that the burner 2 and the turntable 32 be configured so that their positional relationship can be arbitrarily set. For example, it is desirable that the turntable 32 can move up and down and the burner 2 can move forward and backward and left and right.
In addition, in this embodiment, although the case where the turntable 32 was provided as a base material support part was illustrated, it is not specifically limited, A conveyor etc. can also be employ | adopted. Other configurations, raw materials, and the like are the same as those in the first embodiment.
このような成膜装置を用いて膜を製造した場合、当該膜は通常、酸化物膜となるが、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属元素を含有する原料を用いた場合には、当該金属元素にとってそれ自身酸化物であるよりも金属であることの方が化学的、エネルギー的に安定であることから、金属膜が製造される。
本実施形態に係る成膜装置によれば、例えば、基材３１に、ガラス膜、酸化物超伝導体前駆体物質膜、保護膜、強誘電体膜、圧電体膜、導電性膜、電極用膜等の膜を任意の厚さで容易に形成することができる。
When a film is manufactured by using such a film forming apparatus, the film is usually an oxide film. However, when a raw material containing a noble metal element such as Au or Ag is used, the film is not suitable for the metal element. Since a metal is more stable in terms of chemical and energy than an oxide itself, a metal film is produced.
According to the film forming apparatus according to the present embodiment, for example, a glass film, an oxide superconductor precursor material film, a protective film, a ferroelectric film, a piezoelectric film, a conductive film, and an electrode A film such as a film can be easily formed with an arbitrary thickness.
（実施例３）
以下に、本実施形態に係る成膜装置を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(Example 3)
Hereinafter, examples using the film forming apparatus according to the present embodiment will be shown and the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to these examples.
［酸化コバルト膜の製造］
バーナ２として図４及び図５（ａ）に示す構造のノズルを使用した。
原料として２−エチルヘキサン酸コバルト溶液を使用し、基材３１としてシリコン基板を使用した。バグフィルタ４０の後段にはブロワを設置し、シリコン基板に堆積しなかった微粒子はバグフィルタ４０により回収した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
バーナ２とシリコン基板の距離は１５ｃｍとし、支燃性ガスを０．７２Ｎｍ3／ｈ、可燃性ガスを０．２４Ｎｍ3／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．３ｋｇ／ｈの原料と、１．２Ｎｍ3／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。
成膜処理後のシリコン基板の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、図１８に示すように、シリコン基板に膜厚約８μｍの膜が形成されていた。また、Ｘ線構造解析の結果、図１９に示すように得られた膜はＣｏＯをメインピークとした酸化コバルト膜であることが確認できた。尚、一部Ｃｏ3Ｏ4のピークが確認された。
[Manufacture of cobalt oxide film]
As the burner 2, a nozzle having a structure shown in FIGS. 4 and 5A was used.
A 2-ethylhexanoic acid cobalt solution was used as a raw material, and a silicon substrate was used as the base material 31. A blower was installed at the rear stage of the bag filter 40, and the fine particles not deposited on the silicon substrate were collected by the bag filter 40. Oxygen gas was used as the oxidizing gas and the combustion-supporting gas, and propane gas was used as the combustible gas.
The distance between the burner 2 and the silicon substrate was 15 cm, the combustion supporting gas was supplied to the burner 2 at 0.72 Nm 3 / h and the combustible gas was 0.24 Nm 3 / h, and ignition was performed. Thereafter, 0.3 kg / h raw material and 1.2 Nm 3 / h oxidizing gas were supplied to the burner 2.
When the cross section of the silicon substrate after the film formation process was observed with a scanning electron microscope (SEM), as shown in FIG. 18, a film having a thickness of about 8 μm was formed on the silicon substrate. As a result of X-ray structural analysis, it was confirmed that the obtained film was a cobalt oxide film having CoO as a main peak as shown in FIG. A part of Co 3 O 4 peak was confirmed.
［スピネル膜の製造］
バーナ２として図６に示す構造のバーナを使用した。
原料として硝酸アルミニウム３４％水溶液と硝酸マグネシウム・六水和物６０％水溶液とを調合したものを使用し、基材３１としてシリコン基板を使用した。バグフィルタ４０の後段にはブロワを設置し、シリコン基板に堆積しなかった微粒子はバグフィルタ４０により回収した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
バーナ２とシリコン基板との距離は１１．５ｃｍとし、支燃性ガスを０．７２Ｎｍ3／ｈ、可燃性ガスを０．２４Ｎｍ3／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．３ｋｇ／ｈの原料と１．２Ｎｍ3／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。
成膜処理後のシリコン基板の断面をＳＥＭで観察したところ、図２０に示すように、シリコン基板に膜厚約２５μｍの膜が形成されていた。また、Ｘ線構造解析の結果、図２１に示すように得られた膜はスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のほぼ単相膜であることが確認できた。尚、一部弱いピークではあるが酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のピークが確認された。
[Manufacture of spinel film]
As the burner 2, a burner having a structure shown in FIG.
A mixture of a 34% aqueous solution of aluminum nitrate and a 60% aqueous solution of magnesium nitrate hexahydrate was used as a raw material, and a silicon substrate was used as the base material 31. A blower was installed at the rear stage of the bag filter 40, and the fine particles not deposited on the silicon substrate were collected by the bag filter 40. Oxygen gas was used as the oxidizing gas and the combustion-supporting gas, and propane gas was used as the combustible gas.
The distance between the burner 2 and the silicon substrate was set to 11.5 cm, the combustion supporting gas was supplied to the burner 2 at 0.72 Nm 3 / h and the combustible gas was 0.24 Nm 3 / h, and ignition was performed. Thereafter, 0.3 kg / h raw material and 1.2 Nm 3 / h oxidizing gas were supplied to the burner 2.
When the cross section of the silicon substrate after the film formation process was observed with an SEM, a film having a film thickness of about 25 μm was formed on the silicon substrate as shown in FIG. As a result of the X-ray structural analysis, it was confirmed that the obtained film was an almost single phase film of spinel (MgAl 2 O 4 ) as shown in FIG. In addition, although it was a partly weak peak, the peak of magnesium oxide (MgO) was confirmed.
〔その他の実施形態〕
前記各実施形態においては、バーナ２を１本設けた場合を例として説明したが、バーナ２は複数本設けても構わない。
[Other Embodiments]
In each of the above embodiments, the case where one burner 2 is provided has been described as an example, but a plurality of burners 2 may be provided.
前記第一及び第三の実施形態においては、バーナ２を上方に設け、下方に向かって金属酸化物を製造する縦型の装置の場合を例として説明した。前記第二の実施形態においては、バーナ２の下方側面から上方に向かって金属酸化物を製造する縦型の装置の場合を例として説明した。しかし、これらの装置は縦型に限定されず、例えば、上下反転または横向き、あるいは傾斜させて用いても構わない。この場合、バーナ等の位置は適宜変更することができる。 In said 1st and 3rd embodiment, the case of the vertical apparatus which provides the burner 2 in the upper direction and manufactures a metal oxide toward the downward direction was demonstrated as an example. In the second embodiment, the case of a vertical apparatus for producing a metal oxide from the lower side surface of the burner 2 upward has been described as an example. However, these devices are not limited to the vertical type, and may be used, for example, upside down, horizontally, or inclined. In this case, the position of the burner or the like can be changed as appropriate.
本発明に係る金属酸化物製造装置は、微粒子製造装置、成膜装置等に適用することができる。 The metal oxide production apparatus according to the present invention can be applied to a fine particle production apparatus, a film formation apparatus, and the like.
１ 反応容器
２ バーナ
３ 流量調節手段（原料供給手段）
３ａ 供給管（原料供給手段）
３ｂ 供給管（原料供給手段）
４ 流量調節手段（酸化性ガス供給手段）
４ａ 供給管（酸化性ガス供給手段）
４ｂ 供給管（酸化性ガス供給手段）
５ 混合手段（混合ガス供給手段）
５ａ 供給管（混合ガス供給手段）
８ 混合ガス噴出孔
９ 原料噴出孔
1 reaction vessel 2 burner 3 flow rate control means (raw material supply means)
3a Supply pipe (raw material supply means)
3b Supply pipe (raw material supply means)
4 Flow rate control means (oxidizing gas supply means)
4a Supply pipe (oxidizing gas supply means)
4b Supply pipe (oxidizing gas supply means)
5 Mixing means (mixed gas supply means)
5a Supply pipe (mixed gas supply means)
8 Mixed gas ejection holes 9 Raw material ejection holes
Claims (5)
前記原料を前記バーナに供給する原料供給手段と、
酸化性ガスを、前記原料と共に前記バーナから噴出させる酸化性ガス供給手段と、
予め可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガスを前記バーナに供給する混合ガス供給手段とを備え、
前記バーナに、前記原料及び前記酸化性ガスを噴出する原料噴出孔を備えると共に、当該原料噴出孔の周囲に前記混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔を設けてある金属酸化物製造装置。 An apparatus for producing a metal oxide using a flame, comprising a burner for ejecting a raw material containing a metal element,
Raw material supply means for supplying the raw material to the burner;
Oxidizing gas supply means for ejecting oxidizing gas from the burner together with the raw material;
A mixed gas supply means for supplying the burner with a mixed gas obtained by mixing a combustible gas and a combustion-supporting gas in advance;
The metal oxide production apparatus, wherein the burner is provided with a raw material ejection hole for ejecting the raw material and the oxidizing gas, and a mixed gas ejection hole for ejecting the mixed gas around the raw material ejection hole.
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