JPS6333572A - プラズマ気相反応装置 - Google Patents

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】 圧側電極またはその近傍に原料ガス吹き出し口をそのま
ま設けられている。そのため、原料ガス吹き出し口はプ
ラズマ中の電界により加速された電子ならびに一部のイ
オンの衝撃により温度が上昇する。

従って、従来のプラズマ気相反応装置では、熱的に安定
なガスしかプラズマ気相反応の原料ガスとして用いるこ
とができなかった。熱的に不安定な原料ガスを使用する
と原料ガスがプラズマ中に吹き出される以前に、ノズル
の内部で原料ガスの一部が熱作用により化学反応を受け
、その後プラズマ中に吹き出される。その結果、得られ
る反応生成物は、熱化学反応生成物とプする。

この使用できる原料ガス種類の制約がプラズマ気相反応
の応用対象を著しく制限していた。

発明の目的 本発明は従来法における前記問題点を解決する。ために
なされたものであり、その目的は原料ガスが熱的に不安
定なものでも、プラズマ気相反応を行うことが可能なプ
ラズマ気相反応装置を提供するにある。

発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、原
料ガス吹き出し口に、大地と絶縁された冷却機構を設け
、原料ガス吹き出し口のプラズマの衝撃による温度上昇
を防ぐようにすると、従来法における問題点を解決し得
られることを知見し得た。この知見に基づいて本発明を
完成した。

撃による温度上昇を防ぐように構成したことを特徴とす
るプラズマ気相反応装置にある。

これを図面に基づいて説明する。第１図は縦型、第２図
は横型のプラズマ気相反応装置の断面図である。

プラズマ反応容器１内に狭い面積を有する電極２及び広
い面積を有する３を設け、これらの電極間に高周波発信
器４により高周波電界を印加する。このとき、極性はい
づれでもよいが、望ましくは、２を高圧側とし３を接地
する。原料ガス導入管５を通じて、原料ガス吹き出し口
６から原料がスフを反応容器１内に導入する。

なお原料ガス吹き出し口は狭い面積を有する電極２の側
に設ける方が、プラズマ気相反応を有効に行うために望
ましい。一方真空ポンプにより排気口８よりプラズマ反
応容器１内を排気し界にさらされ、電子、並びにイオン
の衝撃により温度が上昇する。この温度上昇により、原
料ガスはプラズマに接触する前に熱化学反応を受ける。

そこで、本発明では、原料ガス吹き出し口６に、大地と
絶縁された冷却機構１０．１１を設けた。冷却機構は例
えば、原料ガス吹き出し口６に熱接触の良好な金属性じ
ゃ管１０を設け、絶縁性配管１１を通じて圧搾空気ある
いは冷却窒素ガスを流して行う。、しかし、この冷却手
段に限らず、大地と絶縁された他の冷却手段であっても
よい。

この冷却機構は大地と絶縁されていることが必要であり
、大地と絶縁されていないと、プラズマは発生しないか
、プラズマが発生しにくくなりプラズマ気相反応が有効
に果されなくなる。

以上は容量結合型反応容器の場合について説第２図に示
すプラズマ気相反応装置を用い、電極を兼ねた原料ガス
吹き出し管の吹き出し口６の周りに外径３龍の銅管１０
を接触させてらせん状に巻きつけ、ナイロン製の絶縁性
配管１１を通して空気圧縮機で５気圧の空気を流し、原
料ガス吹き出し口を冷却した。

下記の条件下で運転したとき、冷却をしない場合は２５
０℃に達するが、冷却した場合は３０℃以下であった。

原料ガスとしてＦｅ　（Ｃｏ）、蒸気と共にＮ２ガス８
０ｃｃ／分、Ａｒガス１２０ｅｅ／分を反応容器１に導
入しつつ真空ポンプで排気し、反応容器内の圧力を約１
　ｍｍＨｇに保ち、１３．５６ＭＨｚの高周波を電極間
に印加してプラズマを発生させた。なお、高周波電力は
約８０Ｗであった。

これによりＦｅ４Ｎ微粒子が２１／時の割合で生Ｎ２ガ
スの供給を止め、Ａｒガスのみを２００ｃｃ／分の割合
で供給したところαＦｅ微粒子が得られた。

これに対し、反応ガス吹き出し口を冷却しない場合は、
Ｎ２ガスとＡｒガスの混合割合を調節しても、冷却を行
った場合のように混合割合に対応してＦｅ３Ｎ、　Ｆｅ
４Ｎ及びαＦｅをそれぞれ別々に合成することは不可能
で常にＦｅ３ＮとαＦｅの混合物のみしか得られなかっ
た。また生成量は０２ｙ／時と著しく少くなかった。ま
た、αＦｅ微粒子は原料ガス吹き出し口に沈着して読口
をふさぎ連続操業ができなくなった。

発明の効果 本発明の装置によると、原料ガス吹き出し口を低温に、
かつプラズマの電位を乱すことなく安定になし得るため
、 （１）　　従来のプラズマ気相反応装置では原料ガスと
して使用できなかった熱的に不安定な有機金属化合物原
料ガス、または無機金属化合物原料ガス、例えば鉄カー
ボニル（Ｆｅ（Ｃｏ）、）、ニッケルカーボニル（Ｎｉ
　（Ｃｏ）４）、（Ｃ２Ｈ５）３、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、
Ａｓ　Ｈ３、Ｂ♀１３、ＢＢｒ３、ＧｅＨ，、Ｇｅ’８
１４等も用いることができる。

（２）前記原料を用い、混合ガス例えばＡｒガス、Ｈ２
ガス、Ｎ２ガス、ＮＦ２等を変えることにより、それら
金属の窒化物、その金属元素のものを高収率が容易に得
られる。

（３）原料ガス吹き出し口を低温に保持し得るため、原
料ガス吹き出し口及び原料ガス導入管に熱的析出物によ
りつまることがなく、長時間の連続運転が可能である。

（４）冷却機構が大地と絶縁されたものであるため、プ
ラズマの電位が乱れることがなく、得られる反応生成物
の組成も一定となり、その施態様図で、第１図は縦型、
第２図は横型の容量結合型のプラズマ気相反応装置の断
面図を示す。

１：プラズマ反応容器 ２．３：電　極 ４：高周波発信器 ５：原料ガス導入管 ６：原料ガス吹き出しロ ア：原料ガス ８：排気口 ９：プラズマ １０：金属性じゃ管 １１：絶縁性配管 １２：冷却用気体 特許出願人　科学技術庁金属材料技術研究所長中　　川
　　龍　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラズマ気相反応容器内の原料ガス吹き出し口に、大地
   と絶縁された冷却機構を設け、原料ガス吹き出し口のプ
   ラズマの衝撃による温度上昇を防ぐように構成したこと
   を特徴とするプラズマ気相反応装置。