JP2694659B2 - 金属窒化物超微粒子の製造法 - Google Patents
金属窒化物超微粒子の製造法Info
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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、直径１μｍ以下の金属窒化物超微粒子を製
造する方法に関する。
造する方法に関する。
（従来の技術） 従来、金属窒化物超微粒子を製造する方法として、例
えば特開昭59−57904号公報に見られるように、窒素ま
たは窒素と不活性ガスあるいは水素との混合ガス中でア
ークまたはプラズマジェットを発生させ、発生したアー
クまたはプラズマジェットにより窒化物を形成する金属
を溶融させる方法が知られている。該アーク放電は、密
閉容器内に設けたタングステンの非消耗電極と水冷銅ハ
ース内の金属蒸発原材料との間で行なわれ、該材料がア
ーク放電により溶融されて窒素ガス雰囲気中へ蒸発し、
金属窒化物の超微粒子が製造される。
えば特開昭59−57904号公報に見られるように、窒素ま
たは窒素と不活性ガスあるいは水素との混合ガス中でア
ークまたはプラズマジェットを発生させ、発生したアー
クまたはプラズマジェットにより窒化物を形成する金属
を溶融させる方法が知られている。該アーク放電は、密
閉容器内に設けたタングステンの非消耗電極と水冷銅ハ
ース内の金属蒸発原材料との間で行なわれ、該材料がア
ーク放電により溶融されて窒素ガス雰囲気中へ蒸発し、
金属窒化物の超微粒子が製造される。
一方、出願人等は、金属窒化物超微粒子の製造法では
ないが、不活性ガス雰囲気中で、金属蒸発原材料からな
る且つ直接冷却された電極を１対設け、これらの電極間
にアーク放電を発生させて該金属蒸発原材料の超微粒子
を安全に効率良く製造する方法を提案した。
ないが、不活性ガス雰囲気中で、金属蒸発原材料からな
る且つ直接冷却された電極を１対設け、これらの電極間
にアーク放電を発生させて該金属蒸発原材料の超微粒子
を安全に効率良く製造する方法を提案した。
（発明が解決しようとする課題） 前記従来のものに於いて、タングステンの非消耗電極
と水冷銅ハース内の蒸発原材料との間にアーク放電を発
生させた場合、タングステンは窒素と反応を起さない金
属であるが、生成された超微粒子がタングステン電極に
付着することは避けられず、例えば窒化チタンTiNの超
微粒子を製造する場合、タングステン電極とチタン（或
は窒化チタン）が反応して低融点の合金を形成し、タン
グステン電極の先端が溶落することがあった。
と水冷銅ハース内の蒸発原材料との間にアーク放電を発
生させた場合、タングステンは窒素と反応を起さない金
属であるが、生成された超微粒子がタングステン電極に
付着することは避けられず、例えば窒化チタンTiNの超
微粒子を製造する場合、タングステン電極とチタン（或
は窒化チタン）が反応して低融点の合金を形成し、タン
グステン電極の先端が溶落することがあった。
この溶落によって、溶落物が蒸発原材料へ不純物とし
て混入するばかりでなく、電極先端の欠如により電極ギ
ャップ即ちタングステン電極と水冷銅ハースとの距離が
急変し、アーク放電の不安定或はアーク放電が停止する
等の不都合が生ずる。
て混入するばかりでなく、電極先端の欠如により電極ギ
ャップ即ちタングステン電極と水冷銅ハースとの距離が
急変し、アーク放電の不安定或はアーク放電が停止する
等の不都合が生ずる。
本発明は、こうした不都合を解決し、高純度な直径１
μｍ以下の金属窒化物超微粒子を長時間に亘り安定して
製造する方法を提供することを目的とするものである。
μｍ以下の金属窒化物超微粒子を長時間に亘り安定して
製造する方法を提供することを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明では、窒素元素を含む反応ガスのガス雰囲気中
で、金属又は半金属の蒸発母材からなる一対の電極を直
接冷却し乍ら該電極間にアーク放電を発生させ、該電極
のアークスポット部分の材料を蒸発させて金属超微粒子
を製造するようにした。該ガス雰囲気に不活性ガスを混
入するようにしてもよく、前記電極間には交流アーク放
電を発生させるようにしてもよい。
で、金属又は半金属の蒸発母材からなる一対の電極を直
接冷却し乍ら該電極間にアーク放電を発生させ、該電極
のアークスポット部分の材料を蒸発させて金属超微粒子
を製造するようにした。該ガス雰囲気に不活性ガスを混
入するようにしてもよく、前記電極間には交流アーク放
電を発生させるようにしてもよい。
（作 用） 金属或は半金属の１対の電極に、冷却水を循環させる
等により直接冷却し、これらの電極に交流或は直流を通
電してアーク放電が発生させると、各電極のアークスポ
ットが溶融し、その溶融部分から電極を形成する金属或
は半金属の母材がN2ガス或はNH3ガスの窒素元素を含む
反応ガス雰囲気中に蒸発し、該ガスとの反応によって金
属窒化物超微粒子が製造される。
等により直接冷却し、これらの電極に交流或は直流を通
電してアーク放電が発生させると、各電極のアークスポ
ットが溶融し、その溶融部分から電極を形成する金属或
は半金属の母材がN2ガス或はNH3ガスの窒素元素を含む
反応ガス雰囲気中に蒸発し、該ガスとの反応によって金
属窒化物超微粒子が製造される。
アーク放電は超微粒子の原料のみで形成された電極間
に於いて発生するので、不純物が混入する余地がなく、
一方の電極からの蒸発物が他方の電極に付着することが
あっても、付着物の元素により電極材料が変質し融点降
下して溶落する不都合は起らず、電極間ギャップの急変
動がなく安定したアーク放電を長時間継続することが出
来、高純度の金属窒化物を効率良く製造出来る。
に於いて発生するので、不純物が混入する余地がなく、
一方の電極からの蒸発物が他方の電極に付着することが
あっても、付着物の元素により電極材料が変質し融点降
下して溶落する不都合は起らず、電極間ギャップの急変
動がなく安定したアーク放電を長時間継続することが出
来、高純度の金属窒化物を効率良く製造出来る。
（実施例） 本発明の実施に使用された装置を別紙図面に基づき説
明すると、第１図に於いて、符号（１）は真空ポンプ
（２）により真空排気される真空容器、（３）（４）は
互に対向して設けたTi等の金属或はSi等の半金属からな
る１対の電極を示し、各電極（３）（４）を直接冷却す
るように冷却水の配管（５）（５）を接続すると共にこ
れら電極（３）（４）間にアーク放電を生じさせるため
の電源（６）を接続するようにした。該電源（６）は交
流電源（6a）と直流電源（6b）とで構成し、スイッチ
（7a）（7b）の操作で交流アーク放電又は直流アーク放
電或は交流と直流が重畳したアーク放電を選択して電極
（３）（４）間に発生させ得るようにした。
明すると、第１図に於いて、符号（１）は真空ポンプ
（２）により真空排気される真空容器、（３）（４）は
互に対向して設けたTi等の金属或はSi等の半金属からな
る１対の電極を示し、各電極（３）（４）を直接冷却す
るように冷却水の配管（５）（５）を接続すると共にこ
れら電極（３）（４）間にアーク放電を生じさせるため
の電源（６）を接続するようにした。該電源（６）は交
流電源（6a）と直流電源（6b）とで構成し、スイッチ
（7a）（7b）の操作で交流アーク放電又は直流アーク放
電或は交流と直流が重畳したアーク放電を選択して電極
（３）（４）間に発生させ得るようにした。
（８）は該真空容器（１）内にN2或いはNH3等の窒素
元素を含む反応ガスを導入するためのガス導入管であ
る。
元素を含む反応ガスを導入するためのガス導入管であ
る。
該電極（３）（４）は例えば第２図示のような円筒キ
ャップの中空部を冷却配管（５）（５）の先端に取付け
て構成され、アーク放電の発生に伴う各電極（３）
（４）の発熱を該配管（５）（５）を循環する冷却水に
より吸収し、電極（３）（４）を溶損することなくアー
ク放電を長時間に亘り継続出来るようにした。
ャップの中空部を冷却配管（５）（５）の先端に取付け
て構成され、アーク放電の発生に伴う各電極（３）
（４）の発熱を該配管（５）（５）を循環する冷却水に
より吸収し、電極（３）（４）を溶損することなくアー
ク放電を長時間に亘り継続出来るようにした。
該真空容器（１）内には、窒素元素を含む反応ガスの
他にガス導入管（８）は或は別に設けた管から不活性ガ
スを放電電圧の調整のために導入出来るように構成して
もよい。該反応ガスを真空容器（１）内に導入すると、
一般に放電電圧が高くなり、その電圧が電源（６）の定
格電圧以上になれば、電極（３）（４）間のアーク放電
を維持し得なくなることが考えられ、また金属超微粒子
の粒径の制御も難しくなるので、このような場合不活性
ガスを導入して真空容器（１）内の反応ガス分圧を下
げ、放電電圧を低くして放電を維持することが出来る。
（９）は真空容器（１）内で生成した金属窒化物超微粒
子の取出口で電極（３）（４）の近傍に設けられ、真空
容器（１）内の熱対流とガス搬送流により取出される。
他にガス導入管（８）は或は別に設けた管から不活性ガ
スを放電電圧の調整のために導入出来るように構成して
もよい。該反応ガスを真空容器（１）内に導入すると、
一般に放電電圧が高くなり、その電圧が電源（６）の定
格電圧以上になれば、電極（３）（４）間のアーク放電
を維持し得なくなることが考えられ、また金属超微粒子
の粒径の制御も難しくなるので、このような場合不活性
ガスを導入して真空容器（１）内の反応ガス分圧を下
げ、放電電圧を低くして放電を維持することが出来る。
（９）は真空容器（１）内で生成した金属窒化物超微粒
子の取出口で電極（３）（４）の近傍に設けられ、真空
容器（１）内の熱対流とガス搬送流により取出される。
第１図示の装置を使用してTiNの金属窒化物超微粒子
を製造する方法の実施例を説明するに、まず真空容器
（１）内にTiからなる直径33mmの円筒キャップ状の電極
（３）（４）を取付け、真空ポンプ（２）により該真空
容器（１）内を真空排気したのち、ガス導入管（８）を
介してN2の反応ガスを導入し、真空容器（１）内が100T
orrになるように圧力調整する。次いで、電極（３）
（４）に配管（５）（５）からの冷却水で冷却し乍ら直
流電源（6b）から100A、25Vの電力を通電すると、該電
極（３）（４）間にアーク放電が発生し、各電極（３）
（４）のアークスポットが部分的に微少な溶融を生じ、
そこから粒径１μｍ以下のTiの超微粒子がN2ガス雰囲気
中に蒸発する。該Tiの超微粒子はN2ガスと反応してTiN
の超微粒子となり、その生成量は約100mg/minであっ
た。また、アーク放電は１時間後も安定して発生し続け
た。これにより得られた超微粒子の粒子の構造は、第３
図の透過電子顕微鏡（TEM）の写真（124000倍）に見ら
れるように、平均粒径300Åの四角張ったものであり、
これをＸ線回折したところ、第４図に見られるようにTi
Nであることが確認された。
を製造する方法の実施例を説明するに、まず真空容器
（１）内にTiからなる直径33mmの円筒キャップ状の電極
（３）（４）を取付け、真空ポンプ（２）により該真空
容器（１）内を真空排気したのち、ガス導入管（８）を
介してN2の反応ガスを導入し、真空容器（１）内が100T
orrになるように圧力調整する。次いで、電極（３）
（４）に配管（５）（５）からの冷却水で冷却し乍ら直
流電源（6b）から100A、25Vの電力を通電すると、該電
極（３）（４）間にアーク放電が発生し、各電極（３）
（４）のアークスポットが部分的に微少な溶融を生じ、
そこから粒径１μｍ以下のTiの超微粒子がN2ガス雰囲気
中に蒸発する。該Tiの超微粒子はN2ガスと反応してTiN
の超微粒子となり、その生成量は約100mg/minであっ
た。また、アーク放電は１時間後も安定して発生し続け
た。これにより得られた超微粒子の粒子の構造は、第３
図の透過電子顕微鏡（TEM）の写真（124000倍）に見ら
れるように、平均粒径300Åの四角張ったものであり、
これをＸ線回折したところ、第４図に見られるようにTi
Nであることが確認された。
この実施例と比較のために、真空容器内の水冷銅ハー
ス内にTiを入れ、該ハースと対向して直径2.4mmのタン
グステン電極を設け、該真空容器内を100Torrの窒素ガ
ス雰囲気としたのち水冷銅ハースとタングステン電極と
の間に100A、25Vの電力によりアーク放電を発生させ、T
iNの超微粒子を製造した。アーク放電の開始後約30分で
タングステン電極の先端に粉が堆積し、先端部の径が約
7mmに増大した。
ス内にTiを入れ、該ハースと対向して直径2.4mmのタン
グステン電極を設け、該真空容器内を100Torrの窒素ガ
ス雰囲気としたのち水冷銅ハースとタングステン電極と
の間に100A、25Vの電力によりアーク放電を発生させ、T
iNの超微粒子を製造した。アーク放電の開始後約30分で
タングステン電極の先端に粉が堆積し、先端部の径が約
7mmに増大した。
そしてTiの蒸発が不安定となり、その10分後にはアー
ク放電が停止し、タングステン電極の先端部の溶落が認
められた。
ク放電が停止し、タングステン電極の先端部の溶落が認
められた。
また、第１図示の装置の電極（３）（４）をAl製と
し、真空容器（１）内を真空に排気したのちN2ガスを導
入して100Torrとし、直流電源（6b）から100A、26Vの電
力を通電し、電極（３）（４）間にアーク放電を発生さ
せると、約120mg/minの蒸発量でAlNを製造することが出
来た。
し、真空容器（１）内を真空に排気したのちN2ガスを導
入して100Torrとし、直流電源（6b）から100A、26Vの電
力を通電し、電極（３）（４）間にアーク放電を発生さ
せると、約120mg/minの蒸発量でAlNを製造することが出
来た。
尚、電極（３）（４）間に交流アーク放電を発生させ
ると両電極（３）（４）から蒸発が行なわれ、長時間に
亘り蒸発させ得て更に多量の超微粒子を蒸発させること
が出来る。
ると両電極（３）（４）から蒸発が行なわれ、長時間に
亘り蒸発させ得て更に多量の超微粒子を蒸発させること
が出来る。
更に、Siからなる半金属の窒化物を製造する場合、粉
末冶金的手法により第２図示のような形状の電極をSiで
２本製作し、これらの２本の電極を直流電源に接続す
る。半導体であるSiは、加熱されると通電が可能となる
ので、まず真空容器内で前記各電極を互に当接させて短
絡通電することによりSi電極を加熱したのち、両電極を
離し、アーク放電を発生させる。また、アーク放電開始
と同時に両電極の冷却を開始する。圧力100TorrのNH3の
ガスの雰囲気に於いて、100A、27Vの電力を両電極に投
入すると、Siの超微粒子を含むSi3N4の超微粒子を約50m
g/min生成することが出来た。
末冶金的手法により第２図示のような形状の電極をSiで
２本製作し、これらの２本の電極を直流電源に接続す
る。半導体であるSiは、加熱されると通電が可能となる
ので、まず真空容器内で前記各電極を互に当接させて短
絡通電することによりSi電極を加熱したのち、両電極を
離し、アーク放電を発生させる。また、アーク放電開始
と同時に両電極の冷却を開始する。圧力100TorrのNH3の
ガスの雰囲気に於いて、100A、27Vの電力を両電極に投
入すると、Siの超微粒子を含むSi3N4の超微粒子を約50m
g/min生成することが出来た。
（発明の効果） 以上のように、本発明によるときは、窒素元素を含む
反応ガスの雰囲気中で、１対の金属又は半金属の蒸発母
材からなる直接冷却された電極間にアーク放電を発生さ
せて金属窒化物超微粒子を製造するようにしたので、電
極が低融点合金となって溶落する不都合がなく、高純度
の金属窒化物超微粒子を製造することが出来、その放電
も安定するので粒径の比較的揃った金属窒化物超微粒子
が得られる等の効果がある。
反応ガスの雰囲気中で、１対の金属又は半金属の蒸発母
材からなる直接冷却された電極間にアーク放電を発生さ
せて金属窒化物超微粒子を製造するようにしたので、電
極が低融点合金となって溶落する不都合がなく、高純度
の金属窒化物超微粒子を製造することが出来、その放電
も安定するので粒径の比較的揃った金属窒化物超微粒子
が得られる等の効果がある。
第１図は本発明の実施に使用された装置の截断側面線
図、第２図は第１図示の電極の拡大断面図、第３図は本
発明の方法により製造された金属窒化物超微粒子の粒子
の製造を示すTEM写真、第４図は本発明により製造され
た金属窒化物超微粒子のＸ線回折図である。 （１）……真空容器、（３）（４）……電極
図、第２図は第１図示の電極の拡大断面図、第３図は本
発明の方法により製造された金属窒化物超微粒子の粒子
の製造を示すTEM写真、第４図は本発明により製造され
た金属窒化物超微粒子のＸ線回折図である。 （１）……真空容器、（３）（４）……電極
Claims (3)
- 【請求項１】窒素元素を含む反応ガスのガス雰囲気中
で、金属又は半金属の蒸発母材からなる１対の電極を直
接冷却し乍ら該電極間にアーク放電を発生させ、該電極
のアークスポット部分の材料を蒸発させて金属超微粒子
を製造することを特徴とする金属窒化物超微粒子の製造
法。 - 【請求項２】前記ガス雰囲気中に不活性ガスを混入した
ことを特徴とする請求項１に記載の金属窒化物微粒子の
製造法。 - 【請求項３】前記電極間に交流アーク放電を発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の金属窒化物超微粒子
の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304201A JP2694659B2 (ja) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | 金属窒化物超微粒子の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304201A JP2694659B2 (ja) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | 金属窒化物超微粒子の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02153807A JPH02153807A (ja) | 1990-06-13 |
| JP2694659B2 true JP2694659B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=17930235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63304201A Expired - Fee Related JP2694659B2 (ja) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | 金属窒化物超微粒子の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2694659B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5188053B2 (ja) * | 2006-10-26 | 2013-04-24 | 株式会社アルバック | ナノ粒子作製方法 |
| JP4997541B2 (ja) * | 2008-05-20 | 2012-08-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | ＴｉＮ基結晶体ナノ粒子及びその製造方法 |
| JP4997542B2 (ja) * | 2008-05-20 | 2012-08-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | ＴｉＮ基結晶体ナノ粒子及びその製造方法、並びにＴｉＮ基結晶体ナノ粒子の集合体及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5957904A (ja) * | 1982-09-25 | 1984-04-03 | Natl Res Inst For Metals | 金属窒化物超微粒子の製造法 |
| JPS61141606A (ja) * | 1984-12-13 | 1986-06-28 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 超微粉金属窒化物の製造方法ならびに製造装置 |
-
1988
- 1988-12-02 JP JP63304201A patent/JP2694659B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02153807A (ja) | 1990-06-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |