JPS586531B2

JPS586531B2 - 活性化ガス還元方法

Info

Publication number: JPS586531B2
Application number: JP52062989A
Authority: JP
Inventors: 広瀬昌彦; 今村人士; 須藤繁; 矢田正明
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-05-30
Filing date: 1977-05-30
Publication date: 1983-02-04
Also published as: JPS53147631A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は放電により活性化された水素を用いて所望の
物質を低温で還元するようにした活性化ガス還元方法に
関する。

金属を生産、加工する際の熱源あるいは生産、加工に伴
なう生成熱により、あるいは単なる空気中保管により金
属表面が酸化することはさけられない。

又、仮に真空中又は不活性ガス中で加工、保管して酸化
を防いだとしても、加工金属をさらに他の物質あるいは
部品と組立てる際に酸化する場合がある。

例えば放電灯の電極、電球のフィラメントは部品として
は未酸化であっても、それを石英ないしはガラスに封止
する際には必ず酸化し、そのままではランプの特性をい
ちじるしく低下させてしまう。

従来、これらの酸化膜は、水素ガス中での熱的還元法、
電解研魔法、又はフツ化水素酸によるエッチングなどで
除去されていた。

しかし、熱的還元法では、還元に長時間を要する、熱的
に還元するためエネルギー効率が悪いなどの欠点がある
。

電解研魔法では電解液及び電解電極の不純物が残留しや
すく、注意深い洗しようが必要である、急速な金属溶解
のため制御がむずかしく研魔面にムラが出来やすい、電
解液を用いるため工程が複雑になるなどの欠点がある。

そしてフツ化水素酸処理では不純物が残留しやすい、フ
ツ化水素酸は危険であり、作業環境が悪い、反応が速い
ため処理終了を正確に決められず、金属の太さ、厚み、
重さ、などにバラツキを生じやすい、などの欠点がある
。

この発明は、上記した点に鑑み、放電により活性化した
水素ガスを用いて、低温で効率よく金属酸化膜等を除去
することを可能とした活性化ガス還元方法を提供するも
のである。

この発明は、原料ガスとしての水素ガスを放電により活
性化して、所望の物質を還元するに際して前記水素ガス
に窒素ガスを添加混合することにより還元反応の大幅な
効率向上を図ったことを特徴としている。

以下図面を参照してこの発明の詳細を説明する。

第１図は実験に用いた活性化ガス還元装置の全体図であ
る。

１は石英製の反応室であって、この反応室１内に還元さ
れるべき被処理物２がおかれ、拡散ポンプ３およびロー
タリポンプ４により排気されるようになっている。

５は真空計である。原料ガスは水素ガスボンベ６１、窒
素ガスボンベ６２から、それぞれ圧力調整器７１，７２
流量計８１，８２、流量調整バルブ９１，９２を介して
送り出され混合部１０で混合された後、石英製の活性化
室１１へ送られる。

活性化室１１は空洞共振器１２内に収納され、マイクロ
波発生装置１３からのマイクロ波電力によって、活性化
室１１内の原料ガスを放電させて活性化するようになっ
ている。

活性化されたガスはロークリポンプ４により反応室１へ
送られる。

実験では、マイクロ波発生装置としてマグネトロンを用
いた。

空洞共振器１２には放電に伴う輻射などによる活性化室
１１の温度上昇を防ぐため、冷却パイプ１４を配設して
冷却水を流し、またマイクロ波の漏洩を防ぐために活性
化室１１のガス流入口、流出口にはスリーブ１５と銅網
１６を設けている。

１７は活性化室１１に入る原料ガス圧を測定する膜圧力
計である。

また１８は還元処理後まだ残留している活性化ガスを除
くトラップである。

操作は、次の様に行う。

まず反応室１、活性化室１１およびこれらを連結する輸
送管等を含めた系全体を、拡散ポンプ３により１０−６
Ｔｏｒｒ程度の真空度になるまで排気する。

その後、拡散ポンプ３を止め、ロータリポンプ４のみを
働かせて、ガスボンベ６１，６２、から所定の割合の混
合ガス（０．１〜数１０Ｔｏｒｒ）を送り出す。

活性化室１１に送られた混合ガスはマイクロ波発生装置
１３からのマイクロ波電力によって放電し活性化される
。

そして、活性化されたガスは反応室１へ輸送され、ここ
で被処理物２と還元反応を起こすことになる。

具体例として、金属酸化物の還元除去について説明する
。

被処理物２として表面がすでに酸化しているタングステ
ンコイルを用い、これを原料ガスの組成を変えて還元処
理した。

処理条件はマイクロ波電力（２４５０ＭＦＺ）４００Ｗ
、水素ガス圧１．０Ｔｏｒｒ（ガス流量８０ｃｃ／ｍｉ
ｎ）、とし、これらの条件を変えずに窒素ガスの添加圧
力（流量）を種々変化させて実験し、一定の厚さのタン
グステン酸化膜（約２０００Å）が除去されるまでの時
間を測定した。

その結果を第２図に示す。第２図の縦軸は純水素ガスの
場合の一定厚のタングステン酸化膜が除去される時間Ｔ
ｏに対する混合ガスの場合の時間Ｔとの比を示している
。

横軸は、一定圧（一定流量）の水素ガスに対する窒素ガ
スの比を示している。

第２図から明らかな様に水素ガスに窒素ガスを混合する
ことにより、還元反応の速度を大幅に上昇できることが
わかる。

窒素ガスを混合することにより還元反応が促進される理
由は、窒素ガスを混合させることにより、還元反応を起
こす原子状の水素が多量に生成されるためであると思わ
れる。

第３図は、上記実験における活性化ガス中の原子状水素
を電子スピン共鳴法によって観測した結果を示している
。

これから窒素ガスを混合することにより原子状水素が多
量に生成されることが知れる。

上記実験例では、放電形式としてマイクロ波放電を用い
、放電している活性化室と反応室を分離したが、他の放
電形式、例えば高周波放電、直流放電などを用いてもよ
く、又、被処理物が放電場中に置かれてプラズマ中のイ
オン、電子、光等の衝撃を受けてもよい場合には、活性
化室と反応室を分離する必要はなく、活性化室と、反応
室を兼用し、プラズマ中の活性化ガス（またはイオン）
によって直接、還元してもよい。

この場合は必ずしも原料ガスを流す必要はない。

この発明の効果を列記すれば次のとおりである。

（１）熱的に還元する方法に比べてエネルギー効率がよ
く、特に窒素ガスの混合により短時間で還元処理ができ
る。

（２）電解液を用いないので、不純物の残留がなく、ま
た、工程も簡単である。

（３）窒素ガスの混合比を変えることで還元処理時間を
簡単に制御することができ、従って被処理物の太さ、厚
さ、重さ、などのバラツキを小さくできる。

（４）フツ化水素酸を用いる場合のような危険を伴わず
作業環境の悪化もない。

（５）処理コストが低い。（６）窒素ガスがバツファと
なり、水素ガスの爆発の危険性が緩和される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法を実施するため金属酸化膜除
去装置の一例を示す図、第２図は、その除去装置による
データを示す図、第３図は電子スピン共鳴法によって得
られた実験データを示す図である。１・・・・・・反応室、２・・・・・・被処理物、３・
・・・・・拡散ポンプ、４・・・・・・ロータリポンプ
、５・・・・・・真空計、６１・・・・・・水素ガスボ
ンベ、６２・・・・・・窒素ガスボンベ、７１、７２・
・・・・・圧力調整器、８１，８２・・・・・・流量計
、９１，９２・・・・・・流量調整バルブ、１０・・・
・・・混合部、１１・・・・・・活性化室、１２・・・
・・・空洞共振器、１３・・・・・・マイクロ波発生装
置、１４・・・・・・冷却パイプ、１５・・・・・・ス
リーブ、１６・・・・・・銅網、１７・・・・・・膜圧
力計、１８・・・・・・トラップ。

Claims

【特許請求の範囲】１水素ガスを放電により活性化して所望の物質を還元
するに際し、前記水素ガスに窒素ガスを添加混合するこ
とを特徴とする活性化ガス還元方法。２前記還元する物質として、金属酸化物を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の活性化ガス還
元方法。