JPS63143937A - 超微粉製造用プラズマリアクタ - Google Patents

超微粉製造用プラズマリアクタ

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Publication number
JPS63143937A
JPS63143937A JP29161486A JP29161486A JPS63143937A JP S63143937 A JPS63143937 A JP S63143937A JP 29161486 A JP29161486 A JP 29161486A JP 29161486 A JP29161486 A JP 29161486A JP S63143937 A JPS63143937 A JP S63143937A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
torch
flame
plasma reactor
particles
Prior art date
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Pending
Application number
JP29161486A
Other languages
English (en)
Inventor
Takaharu Kurumachi
車地 隆治
Koichi Yokoyama
公一 横山
Tadashi Nosaka
野坂 忠志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Babcock Hitachi KK filed Critical Babcock Hitachi KK
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Publication of JPS63143937A publication Critical patent/JPS63143937A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/002Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor carried out in the plasma state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894Processes carried out in the presence of a plasma

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超微粉生成または粉体処理用のプラズマトー
チに係り、特にプラズマ反応により生成される粉体の粒
径をコントロールするのに好適な超微粉製造用プラズマ
リアクタに関する。
〔従来の技術〕
金属やその合金、化合物の超微粒子はその表面積比が大
きく、高活性のため触媒用原料、セラミックス焼結用原
料等として有望であり、現在、その合成法に関する研究
が活発に行われている。特に高周波プラズマを用いた合
成法では、電極をト−チ外部に設ける方式であるため電
極の原料汚染の問題がなくかつ高純度な生成物が得られ
るという利点を有している。
第12図は、従来の高周波プラズマ統一の概略的構成図
である。この高周波プラズマトーチでは、ボンベ21か
らプラズマ用Arガスがトーチ22の上部より導入され
、高周波型tA23および誘導コイル24によりプラズ
マを発生させ、このプラズマ中にボンベ25からの原料
ガスが流量計26によりその流量が制御されつつ導入さ
れると、プラズマの熱または電子により、原料は各々原
子またはイオンに分解され、次の過程でこれらの原子の
うち反応エネルギーの低い結合反応が生じて化合物が生
成する。
この反応で生じた化合物はプラズマ用ガスの流れに沿っ
て移動するが、プラズマ尾炎部の軸方向温度勾配が大き
いため、反応物が成長することなく急冷され微小な粒子
として回収することができる。
このように粒子が成長せずに微小なままで取り出せるメ
カニズムは、プラズマ尾炎部の軸方向温度勾配に依存し
ているため、この温度勾配を変化させるためにプラズマ
尾炎部に冷却用ガスを送り込む等の改善がなされている
。(例えば特公昭59−41772)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のようなプラズマリアクタでは、冷却用ガスを多量
に必要とするため減圧下では出力の大きな排気装置が必
要となる。また均一な粒径の微粒子を得ようとする場合
、あるいは目的の粒径を有する超微粒子を得ようとした
場合、プラズマ尾炎部の軸方向温度勾配を高精度に、し
かも任意に制御することが必要となる。
しかしながら、従来のプラズマリアクタでは、プラズマ
尾炎部の全体としての温度低下に着目しているのみでプ
ラズマ尾炎部の温度勾配には着目しておらず、高精度の
粒径制御は不可能であった。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
プラズマ尾炎部の軸方向温度勾配を制御し、目標とする
粒径の超微粒子を得ることができるプラズマリアクタを
提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、プラズマリアクタによって生成される粉末の
粒径は、プラズ→尾炎部の温度勾配に支配されやすいこ
とに着目し、鋭意、実験検討した結果達成されたもので
あって、プラズマ尾炎部を磁場で取り囲み、プラズマの
大きさを小さくすることによってプラズマを小さく閉じ
込め、プラズマ軸方向温度分布を制御して目的とする粒
径の微粒子を得ることができるようにしたものである。
〔作用〕
プラズマ中に導入された原料は、プラズマの熱により溶
融、蒸発、分解、反応を生じ、化合物として生成反応を
生じた後、急冷される。この場合、磁石をトーチの回り
に配置すると、プラズマが中心部に閉じ込められ、プラ
ズマ軸方向の温度勾配がより大きくなって急冷効果が顕
著になり微細な粒径のものを得ることができる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の超微粉製造用プラズマリアクタの一実
施例を示す概略的構成図、第2図は第1図のA−A線断
面図である。
このプラズマリアクタは、原料導入部、プラズマトーチ
部、反応部、回収部および制御部より主として構成され
る。
第1図において、プラズマトーチ4の中心部に原料導入
管lが配設され、この原料導入管lの外周部に環状のプ
ラズマ用A「ガス導入管2が設けられ、このプラズマ用
Arガス導入管2の外周面とプラズマトーチ4の内壁面
との間に冷却用、+1.rガス導入管3が構成されてい
る。これらの導入管の下方側に位置するプラズマトーチ
4の外周面には誘導コイル5が設けられ、この誘導コイ
ル5は高周波制御部を介して制御可能となっている。前
記誘導コイル5の下方側には磁石13がプラズマトーチ
4外周面に沿って配置されている。
これらの磁石は、第2図に示すようにN極とS極が交互
に配置されている。プラズマトーチ5の下方側には反応
部2S7が設けられ、この反応容器7内の中心部には水
冷金属筒8が配設されている。
この水冷金属筒8は円筒上に形成され、その内部に水導
入管9が配設され、この水冷金属筒8内に導入され、加
熱された水が排出管10を介して外部に排出される構造
となっている。前記反応容器7下方にはプラズマ反応に
より生成された超微粒子を回収するための回収部12が
設けられている。
また、磁石13は磁場制m fMS 14を介して形成
される磁場が制御されるようになっている。尚、反応容
器7は排ガス吸収系によりその反応容器7内が減圧可能
となっている。
次に上記のように構成されたプラズマリアクタの作用に
ついて説明する。
まずA「ガスは、プラズマ用Arガス導入管2を介して
プラズマトーチ内に導入され、冷却用A「ガス導入管3
を介して冷却用のA「ガスがプラズマトーチ内に導入さ
れる。そして13.56MH,の高周波電源に接続され
ている誘導コイル5を利用したプラズマ炎6がプラズマ
トーチ4内に発生する。
次に原料導入管lからトリクロルメチルシラン(CH,
5iC1,)がプラズマ炎6中に供給される。プラズマ
炎6の発生領域中で原料ガスは励起、分解され、次の過
程でプラズマ反応により反応生成物が生じる。
このとき、プラズマ尾炎部に位置するプラズマトーチ4
の外周部に約IKGの磁石13が配置されているために
プラズマ炎6がトーチの中心部に閉じ込められ、軸方向
の温度勾配が大きくなって急冷効果が顕著となる。この
ため粒子はある成長jM程の途中で急冷され、成長反応
が停止し、超微粒子となって水冷金属筒8の上面に反応
析出物11が堆積された状態となる。この反応析出物1
1は水導入管9から導入される冷却水により冷却され、
次に水冷金属筒8から回収部12に落下する。
このようにして急冷効果を増加させた場合には、平均粒
径が100〜150人であり、粒径分布の鋭い超微粉末
を得ることができる。また、この場合に磁場制御部14
を介して磁場の大きさを調整することにより、反応析出
物11の粒径を制御することが可能である。
因に、磁石13を有しない従来のプラズマリアクタによ
る反応析出物の場合には、平均粒径が1000〜200
0人で粒径分布の穏やかなものしか得られない。この理
由を第7図〜第11図を基に説明する。
第7図は磁石13を有しない従来のプラズマリアクタの
状態説明図であり、プラズマ炎6内では、原料ガスは溶
融、蒸発、分解、反応が進行する。
′  この場合、このプラズマ炎6の軸方向温度分布は
第1O図に示すように温度分布が穏やかなために、その
粒径も比較的大きなものとなる。
第8図は磁石13を有する本実施例におけるプラズマリ
アクタの状態を示す説明図である。この場合、第9図に
示すように磁石13はプラズマトーチ4の外円周上にN
極、S極を交互に配置しており、円周上にもれなくN極
からS極へ向かう磁力線が覆われている。プラズマを構
成する荷電粒子(電子やイオン)が磁力線の回りに旋回
運動し、この磁力線から外へ出ようとする中性粒子を弾
き飛ばすため、プラズマはその中心部に閉じ込められ、
第11図に示すようにプラズマ炎6の軸方向温度分布が
大きくなり、反応生成物の急冷効果により微細な粒子を
得ることができることになる。
第3図は本発明の超微粉製造用プラズマリアクタの他の
実施例を示す概略的構成図、第4図は第3図のB−B線
断面図、第5図は第3図のC−C線断面図である。
このプラズマリアクタは、第4図および第5図に示すよ
うにプラズマトーチ4の外周面上に配置され、N極とS
極を互いに交互に配置した磁石とその下方側の磁石13
はプラズマトーチ4の軸中心部に対して対応した棒状の
電磁石がらなリプラズマトーチ4の中心部に対してN極
とS極はそれぞれ対応した配置構成となっている。そし
て第4図に示す配置構成の磁石および第5図に示す配置
構成の磁石はそれぞれ磁場制御部14を介して独立に制
御可能となっている。
このプラズマリアクタでは互いに分割された電磁石13
をそれぞれ独立に制御することができるので、プラズマ
炎6の軸方向温度分布をより高精度に制御で゛き、得ら
れる超微粒子の粒径制御も高度なものとすることができ
る。
第6図は本発明の超微粉製造用プラズマリアクタのさら
の他の実施例を示す概略的構成図である。
このプラズマリアクタにはプラズマ炎6の状況をスペク
トルアナライザー15のモニタリング機器で計測し、そ
の計測信号を磁場制御部14ヘフイードバツクするよう
になっている。第6図において、第3図と同一部分は同
一符号で示し構成上の説明は省略する。
このようなプラズマリアクタによれば、プラズマ炎6の
状況に応じて磁場の大きさを制jnシ、もってプラズマ
尾炎部の温度分布を安定に制御することが可能となる。
本発明では、プラズマ発生手段として高周波により手段
を例示したが、プラズマ発生手段としてはマイクロ波を
通用することも可能であることはいうまでもない、また
プラズマトーチ内のプラズマ発生領域に固体原料を導入
し、この固体原料の分解等により粒状化する目的で使用
する場合にも本発明を適用することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、生成される粒子の大きさを支配するプ
ラズマ尾炎部の軸方向温度分布を制御することができ、
その結果生成される粒子の大きさを100人〜700人
程度までの任意の大きさに制御することができる。
またプラズマをトーチ内壁から離して封じこめることが
できるのでトーチ内壁の温度上昇を抑制でき、トーチ過
熱防止用に流す冷却用Arガス等の冷却用ガスの量を凍
らすことができる。
さらにプラズマの封じ込めによりプラズマ温度が上昇す
るためプラズマの封じ込め作用を期待し得ない場合と同
等温度のプラズマを得るのに必要な高周波電源出力を低
下させることができ、プラズマリアクタの大型化、工業
化に極めてを効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超微粉製造用プラズマリアクタの一実
施例を示す概略的構成図、第2図は第1図のA−A線断
面図、第3図は本発明の超微粉製造用プラズマリアクタ
の他の実施例を示す概略的構成図、第4図は第3図のB
−B線断面図、第5図は第3図のc−c&II断面図、
第6図は本発明の超微粉製造用プラズマリアクタのさら
の他の実施例を示す概略的構成図、第7図は従来のプラ
ズマリアクタにおけるプラズマの発生の状態を示す説明
図、第8図は本発明のプラズマリアクタにおけるプラズ
マの発生の状態を示す説明図、第9図は第8図における
磁石の配置状態および磁力線の状態を示す説明図、第1
0図は第7図のプラズマリアクタにおけるプラズマ炎の
軸方向温度分布を示すグラフ、第11図は第8図におけ
るプラズマ炎の軸方向温度分布を示すグラフ、第12図
は従来のプラズマリアクタの概略的構成図である。 l・・・・・・原料導入管、2・・・・・・プラズマ用
Arガス導入管、3・・・・・・冷却用Arガス導入管
、4・・・・・・プラズマトーチ、5・・・・・・誘導
コイル、6・・・・・・プラズマ炎、7・・・・・・反
応容器、8・・・・・・水冷金属筒、9・・・・・・水
導入管、lO・・・・・・排出管、11・・・・・・反
応析出物、12・・・・・・回収部、13・・・・・・
磁石、14・・・・・・磁場制御部、15・・・・・・
スペクトルアナライザー。 第1図 I 第2図 43図 第4図 15図 第6図 第7図     第8図 第9図 910図 第11図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高周波またはマイクロ波を用いたプラズマ発生源
    と、該プラズマ発生源により発生するプラズマを外部雰
    囲気から遮断するトーチ部と、該トーチ部にプラズマ発
    生用のガスを供給するノズルと、原料ガスまたは粉末を
    供給するノズルと、反応ガスの化学反応によつて生じた
    無機粉末を回収する容器とを備えた超微粉製造用プラズ
    マリアクタにおいて、前記プラズマの尾炎部付近に相当
    する位置に前記プラズマを閉じ込めるための磁石を、前
    記トーチ外周面に配置したことを特徴とする超微粉製造
    用プラズマリアクタ。
  2. (2)前記トーチ部に配置される磁場の大きさを制御す
    る磁場制御部を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項記載の超微粉製造用プラズマリアクタ。
  3. (3)前記トーチ部に配置される磁石を2つ以上の系統
    に分割し、各系統毎に磁場制御部を設けたことを特徴と
    する特許請求の範囲第(1)項記載の超微粉製造用プラ
    ズマリアクタ。
  4. (4)前記トーチ内に形成されるプラズマ炎の状況を計
    測し、その計測信号に基づいて磁場の大きさを制御する
    ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項記載乃至第(3)項のいずれかの記載の超微
    粉製造用プラズマリアクタ。
JP29161486A 1986-12-09 1986-12-09 超微粉製造用プラズマリアクタ Pending JPS63143937A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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