JP4754488B2 - 粉末材料の合成や分離や精製のための方法 - Google Patents
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Description
不純物を含有している材料からなる粉末粒子を準備し;
材料からなる粉末粒子をプラズマ流によって加熱して溶融させ、これにより、蒸気相内へと不純物を放出させ、これにより、プラズマ流内において混合された材料からなる溶融粒子小滴と、蒸発した不純物と、を生成し;
プラズマ流内において混合された材料からなる溶融粒子小滴と、蒸発した不純物と、を冷却し、これにより、材料からなる精製済み粉末粒子と、煤塵と、からなる混合物を生成し;
材料からなる精製済み粉末粒子と煤塵とからなる混合物を、音響処理媒体内において超音波振動に対して曝し、これにより、音響媒体内において精製済み粉末粒子と煤塵とを分離させ;
材料からなる精製済み粉末粒子を、煤塵から分離させた状態で音響媒体内から回収する;
という方法が提供される。
i)粉末という形態でもって材料を準備し;
ii)材料からなる粉末をプラズマ流によって加熱して溶融させて蒸発させ、これにより、材料を、プラズマ流内において、部分的に蒸発した粒子と混合された蒸気相とし;
iii)プラズマ流内において、部分的に蒸発した粒子と混合された蒸気相とされた材料を、クエンチ流の中を通過させ、これにより、材料から形成されたナノ粉末と、残余の粗い材料粉末と、からなる混合物を形成し;
iv)材料から形成されたナノ粉末と残余の粗い材料粉末とからなる混合物を、音響処理媒体内において超音波振動に対して曝し、これにより、ナノ粉末粒子と粗い材料粉末とを分離させる;
という方法が提供される。
第1の例は、ソーラーグレードのシリコン応用のためのシリコン粉末の精製に関するものである。この第1の例においては、中程度の純度のシリコン粉末を、プロセス100のステップ102〜106に基づき大気圧近傍で動作するアルゴン/水素の誘導結合プラズマ放電内へと導入することにより、溶融させた。
第2の例は、電子的な応用のためのルテニウムの精製に関するものである。この例においては、ルテニウム粉末が、大気圧近傍の圧力でもって、アルゴン/ヘリウム誘導結合プラズマに対して曝される。この場合、個々の粒子が加熱溶融し、プロセス100のステップ104〜106に基づくような、球状化焼鈍処理が行われる。ステップ104〜106においては、さらに、粒子表面からの、粒子表面上に存在する不純物の蒸発が、引き起こされる。その後、処理済み粉末は、ステップ108において、100Wの超音波ホーンジェネレータ26を使用して、強力な超音波振動に曝される。ジェネレータ26の先端28は、アセトン内における250gという処理済み粉末の100mlの懸濁液の中に、含浸される。
第3の例は、プロセス100を使用したナノサイズ粉末の合成に関するものである。この例においては、プロセス100を使用することにより、例えばタングステンといったような耐火金属のナノ粉末が合成される。この場合、大気圧近傍の圧力においてアルゴン/水素の誘導結合プラズマ内における微細金属タングステン粉末の部分的な蒸発と;その後の、プラズマガスの急速なクエンチ、および、生成された金属蒸気の急速なクエンチと;が行われる(ステップ104〜106)。急速なクエンチは、冷たいガス流を注入することによって、得られる。急速なクエンチは、また、霧化液体流によっても、また、プラズマガスが冷たい表面に対して接触することによっても、得ることができる。
20 超音波アセンブリ
26 超音波生成プローブ
100 精製プロセス、粉末処理プロセス
Claims (25)
- 材料を精製するための方法であって、
不純物を含有している材料からなる粉末粒子を準備し;
前記材料からなる前記粉末粒子をプラズマ流によって加熱して溶融させ、これにより、蒸気相内へと前記不純物を放出させ、これにより、前記プラズマ流内において混合された前記材料からなる溶融粒子小滴と、蒸発した不純物と、を生成し;
前記プラズマ流内において混合された前記材料からなる前記溶融粒子小滴と、前記蒸発した前記不純物と、を冷却し、これにより、前記材料からなる精製済み粉末粒子と、煤塵と、からなる混合物を生成し;
前記材料からなる前記精製済み粉末粒子と前記煤塵とからなる前記混合物を、音響処理媒体内において超音波振動に対して曝し、これにより、 前記粉末粒子の表面からの前記煤塵の離脱を引き起こし、これにより、前記音響媒体内において前記精製済み粉末粒子と前記煤塵とを分離させ;
前記材料からなる前記精製済み粉末粒子を、前記煤塵から分離させた状態で前記音響媒体内から回収する;
ことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記音響処理媒体を、水、アセトン、アルコール、および、エア、からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記材料からなる前記精製済み粉末粒子を前記煤塵から分離させた状態で前記音響媒体内から回収するに際しては、前記材料からなる前記精製済み粉末粒子と前記煤塵とを、湿潤分級、あるいは、通常の重力下での質量差に基づく堆積作用、あるいは、強力な遠心分離、によって行うことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記材料からなる前記精製済み粉末粒子を前記音響媒体内から回収するに際しては、前記音響処理媒体の濾過を行うことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記材料からなる前記粉末粒子をプラズマ流によって加熱して溶融させるに際しては、キャリアガスを使用することによって、誘導結合型のラジオ周波数のプラズマ流内へと、前記粉末粒子を注入することを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記材料からなる前記粉末粒子をプラズマ流によって加熱して溶融させるに際しては、大気圧、減圧、および、雰囲気圧力よりも大きな圧力、からなるグループの中から選択された圧力下で行うことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記プラズマ流を、不活性雰囲気、酸化雰囲気、および、還元雰囲気、からなるグループの中から選択された状況下で行うことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記超音波振動を、100W〜10kWという範囲の強度を有することによって特徴づけられた超音波ジェネレータを使用して、生成することを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記プラズマ流内において混合された前記材料からなる前記溶融粒子小滴の冷却に際しては、前記プラズマ流内において混合された前記材料からなる前記溶融粒子小滴の急速なクエンチングを行うことを特徴とする方法。 - 請求項9記載の方法において、
前記急速なクエンチングに際しては、冷たいガス流の注入、あるいは、霧化液体流の注入、あるいは、冷たい表面との接触、を行うことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記材料を、セラミック、純粋な金属、合金、および、複合物、からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。 - 請求項11記載の方法において、
前記金属を、シリコン、クロミウム、モリブデン、タングステン、タンタル、および、ルテニウム、からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記粉末材料のフロー特性を改良することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載された方法の使用方法であって、
前記粉末粒子の酸素含有量を低下させるために使用することを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
太陽電池あるいはスパッタリングターゲットの製造のために、前記粉末材料の前記精製を行うことを特徴とする方法。 - 材料からなるナノ粉末を合成するための方法であって、
i)粉末という形態でもって前記材料を準備し;
ii)前記材料からなる前記粉末をプラズマ流によって加熱して溶融させて蒸発させ、これにより、前記材料を、前記プラズマ流内において、部分的に蒸発した粒子と混合された蒸気相とし;
iii)前記プラズマ流内において、前記部分的に蒸発した粒子と混合された前記蒸気相とされた前記材料を、クエンチ流の中を通過させ、これにより、前記材料から形成されたナノ粉末と、残余の粗い材料粉末と、からなる混合物を形成し;
iv)前記材料から形成された前記ナノ粉末と前記残余の粗い材料粉末とからなる前記混合物を、音響処理媒体内において超音波振動に対して曝し、これにより、前記残余の粗い材料粉末の表面からの前記ナノ粉末の離脱を引き起こし、これにより、前記ナノ粉末と前記粗い材料粉末とを分離させる;
ことを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、
さらに、
v)前記材料からなる前記ナノ粉末を前記残余の粗い材料粉末とのうちの分離された少なくとも一方を回収することを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記ステップv)を行うに際しては、前記材料からなる前記ナノ粉末と前記材料からなる前記粗い粉末とを、湿潤分級、あるいは、通常の重力下での質量差に基づく堆積作用、あるいは、強力な遠心分離、によって行うことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記ステップv)を行うに際しては、前記音響処理媒体の濾過を行うことを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、
前記音響処理媒体を、水、アセトン、アルコール、および、エア、からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、
前記超音波振動を、100W〜10kWという範囲の強度を有することによって特徴づけられた超音波ジェネレータを使用して、生成することを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、
前記材料からなる前記粉末をプラズマ流によって加熱して溶融させるに際しては、キャリアガスを使用することによって、誘導結合型のラジオ周波数のプラズマ流内へと、前記粉末を注入することを特徴とする方法。 - 請求項22記載の方法において、
前記材料からなる前記ナノ粉末をプラズマ流によって加熱して溶融させるに際しては、大気圧、減圧、および、雰囲気圧力よりも大きな圧力、からなるグループの中から選択された圧力下で行うことを特徴とする方法。 - 請求項22記載の方法において、
前記プラズマ流を、不活性雰囲気、酸化雰囲気、および、還元雰囲気、からなるグループの中から選択された状況下で行うことを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、
前記材料を、セラミック、純粋な金属、合金、および、複合物、からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。
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