KR101210420B1 - nanopowder separating device using an electrostatic trap in a metal nanopowder manufacturing equipment based on aerosol process - Google Patents

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박중학
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박승호
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한국과학기술연구원
(주) 나노기술
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
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    • B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
    • B07B7/08—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force

Abstract

본 발명은 기상공정의 금속 나노분말 제조설비에서 나노분말의 최종 채취단계 이전에 분말 크기에 따른 정전기력의 차이를 통해 나노분말 중 수십 나노미터 이하의 크기 범위인 나노분말만을 분리할 수 있도록 하는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치(A)는,
전기폭발챔버(10)로부터 이어지는 나노분말이송라인(20)에 중력침강법을 이용하는 버퍼트랩(30)과 관성충돌법을 이용하는 싸이클론(40)이 순차적으로 마련되고, 나노분말이송라인(20)의 싸이클론(40) 이후 구간에 나노분말이송라인(20)과 연결되는 원형덕트(51)와, 원형덕트(51) 중앙부에 위치하는 전극봉(52)과, 전극봉(52)을 감싸는 테플론 재질의 보호관(53)과, 전극봉(52)에의 전선(55) 연결부위에 장착되는 테플론 재질의 애자(54)로 된 정전트랩(50)이 마련되는 것을 특징으로 한다.The present invention is a vapor phase process that allows the separation of nanopowders in the size range of several tens of nanometers or less of the nanopowders through the difference in the electrostatic force according to the powder size before the final extraction step of the nanopowder in the metal nanopowder manufacturing equipment of the gas phase process. The present invention relates to a nanopowder classification apparatus using an electrostatic trap in a metal nanopowder manufacturing facility.
Nano powder classification apparatus (A) using the electrostatic trap in the gas phase process metal nano powder manufacturing equipment according to the present invention,
In the nanopowder transport line 20 which is continued from the electroexplosion chamber 10, the buffer trap 30 using the gravity sedimentation method and the cyclone 40 using the inertial collision method are sequentially provided, and the nanopowder transport line 20 is provided. After the cyclone 40 of the circular duct 51 connected to the nano-powder transfer line 20, the electrode rod 52 located in the center of the circular duct 51, and the Teflon material surrounding the electrode 52 The protective tube 53 and the electrostatic trap 50 made of a Teflon insulator 54 mounted on the wire 55 connected to the electrode 52 is provided.

Description

기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치{nanopowder separating device using an electrostatic trap in a metal nanopowder manufacturing equipment based on aerosol process}Nanopowder separating device using an electrostatic trap in a metal nanopowder manufacturing equipment based on aerosol process}

본 발명은 나노분말 분급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기상공정의 금속 나노분말 제조설비에서 나노분말의 최종 채취단계 이전에 분말 크기에 따른 정전기력의 차이를 통해 나노분말 중 수십 나노미터 이하의 크기 범위인 나노분말만을 분리할 수 있도록 하는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nano powder classification apparatus, and more particularly, the size of several tens of nanometers or less of the nano powder through the difference in the electrostatic force according to the powder size before the final extraction step of the nano powder in the metal nano powder manufacturing equipment of the gas phase process The present invention relates to a nanopowder classification apparatus using an electrostatic trap in a vapor phase metal nanopowder manufacturing facility capable of separating only nanoparticles in a range.

나노분말은 기존의 벌크 소재와 다른 특이하고 유용한 성질이 있어, 다양한 산업 및 과학기술 분야에 광범위하게 사용되고 있다.
Nanopowders have unique and useful properties that differ from conventional bulk materials and are widely used in various industrial and scientific fields.

이와 같은 나노분말에서 금속 나노분말은 화학적인 방법으로 액상공정을 이용하여 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마, 증발/응축, 전기폭발법과 같은 물리적인 방법으로 기상공정을 이용하여 제조할 수 있다.
The metal nanopowder in such a nanopowder may be manufactured using a liquid phase process by a chemical method, and may also be prepared using a vapor phase process by a physical method such as plasma, evaporation / condensation, and an electric explosion method.

이때, 기상공정을 이용한 금속 나노분말 제조방법에서 특히, 전기폭발법은 부산물이 발생하지 않아 환경친화적일 뿐만 아니라 와이어 형태로 만들 수 있는 다양한 금속 및 합금으로부터 고순도 및 고수율의 나노분말을 양산할 수 있다는 장점으로 인하여 활용범위가 확대되고 있는 추세에 있다.
At this time, especially in the method of manufacturing metal nanopowder using the gas phase process, the electroexplosive method is not environmentally friendly by the generation of by-products, and can produce high purity and high yield nanopowder from various metals and alloys that can be made into wire form. Due to its advantage, the scope of use is expanding.

그러나, 전기폭발법을 포함하는 기상공정법으로 제조되는 나노분말의 경우 크기가 균일하지 않아 수 나노미터에서 수 마이크론까지의 넓은 크기분포를 갖는 문제가 있었다.
However, in the case of nanopowders prepared by a gas phase process method including an electroexplosion method, there is a problem in that the size is not uniform and has a wide size distribution from several nanometers to several microns.

한편, 서브마이크론 이상인 큰 분말뿐만 아니라 수십 나노미터 이하인 작은 나노분말은 크기 균일성을 감소시킴으로써 특정 용도의 원료로 사용될 때 제품의 품질을 저하시키는 원인이 될 뿐만 아니라 수십 나노미터 이하인 작은 나노분말은 최종 채취단계에서 채취되지 않고 다시 폭발챔버로 유입되어 응축핵으로 작용해 나노분말의 크기 불균일성을 초래하게 되는 문제가 있었다.
On the other hand, not only large powders larger than submicron but also small nanopowders of several tens of nanometers or less may not only reduce the quality of the product when used as raw materials for specific applications by decreasing size uniformity, but also small nanopowders of tens or nanometers or less There was a problem that the size of the nano-powder caused a non-uniformity of the nano-powder to act as a condensation nucleus to the explosion chamber is not collected in the sampling step again.

따라서, 고품질의 나노분말을 양산하기 위해서는 수 마이크론 이상인 분말을 분리하는 분급장치와 더불어 수십 나노미터 이하의 작은 나노분말을 제거할 수 있도록 하는 분급장치가 요구된다.
Therefore, in order to mass-produce high quality nanopowders, a classification apparatus for separating small nanopowders of several tens of nanometers or less is required along with a classification apparatus for separating powders of several microns or more.

한편, 해당 업계에서는 기상공정의 금속 나노분말 제조장치에 버퍼트랩과 싸이클론을 설치하여 중력침강법 또는 관성충돌법으로 나노분말 중에서 수 마이크론 이상의 분말을 분리하고 있으나, 수십 나노미터 이하의 나노분말은 적합한 분급장치가 없어 분리가 이루어지지 못하고 있는 실정이다.Meanwhile, in the industry, a buffer trap and a cyclone are installed in a metal nanopowder manufacturing apparatus of a vapor phase process to separate powders of several microns or more from nano powders by gravity sedimentation or inertial collision method. There is no suitable classifier, so the separation is not possible.

본 발명은 상기와 같은 실정은 감안하여 제안된 것으로서, 금속 나노분말을 양산할 수 있는 기상공정법의 하나인 전기폭발법으로 제조된 다양한 크기 범위의 금속 나노분말을 대상으로, 입자 제조 과정에서 하전된 입자의 크기에 따라 전기장 내에서 정전기력에 의한 이동거리가 달라지는 원리를 이용하여 수십 나노미터 이하인 나노분말만을 분리할 수 있도록 하는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and targets metal nanopowders of various size ranges produced by electroexplosion, which is one of the vapor phase processes capable of mass producing metal nanopowders, and is charged in a particle manufacturing process. Based on the principle that the moving distance by the electrostatic force in the electric field varies depending on the size of the particles, the nanopowder classification device using the electrostatic trap in the gas phase process metal nanopowder manufacturing facility that can separate nanopowders of several tens of nanometers or less The purpose is to provide.

기상에 부유되어 있는 금속분말의 거동을 지배하는 메커니즘으로는 중력침강, 관성에 의한 충돌, 브라운 운동에 의한 확산, 온도차에 의한 열영동, 하전된 분말의 정전기력에 의한 전기적 이동 등이 있다.
Mechanisms governing the behavior of suspended metal powders in the gas phase include gravitational sedimentation, collisions due to inertia, diffusion due to Brownian motion, thermophoresis due to temperature differences, and electrophoretic movement of charged powders.

본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치는 하전된 입자의 정전기적 이동도 특성을 이용하여, 기상공정에 의해 제조되는 금속분말 중에서 50 nm 이하의 매우 작은 나노분말만을 분리할 수 있도록 하는 것으로,The nanopowder classification apparatus using the electrostatic trap in the vapor phase metal nanopowder manufacturing facility according to the present invention utilizes the electrostatic mobility characteristics of the charged particles, and has a very small size of 50 nm or less in the metal powder produced by the vapor phase process. By separating only nano powder,

금속 나노분말 제조설비의 최종 채취단계 이전에 위치한 원형 덕트의 중앙에 실린더 모양의 전극봉을 추가하여 전극봉과 원형 덕트 벽면 사이에 전기장을 인가하여 전극봉 표면 또는 원형 덕트 벽면에 특정 크기 이하의 매우 작은 나노분말을 부착, 제거시킬 수 있도록 하는 정전트랩이 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.Very small nanopowder of a certain size or less on the electrode surface or the circular duct wall by applying an electric field between the electrode and the circular duct wall by adding a cylindrical electrode in the center of the circular duct located before the final sampling stage of the metal nanopowder manufacturing facility. It is characterized in that the electrostatic trap is provided to enable the attachment, removal.

본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치는, 분말 크기에 따른 정전기력의 차이를 이용하는 정전트랩을 통해 금속 나노분말의 양산공정에서 제조되는 분말 중에서 수십 나노미터 이하 크기의 나노분말만을 분리할 수 있도록 하는 것인바, 제조되는 금속 나노분말에서 제품 품질 저하의 원인이 되는 극히 미세한 나노분말만을 분리할 수 있게 되므로 금속 나노분말의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.Nano powder classification apparatus using the electrostatic trap in the gas phase process metal nano powder manufacturing equipment according to the present invention, dozens of nanometers among powders produced in the mass production process of metal nano powder through the electrostatic trap using the difference in electrostatic force according to the powder size It is to be able to separate only the nano-powder of the following size, it is possible to separate only the very fine nano-powder that is the cause of product quality deterioration in the metal nano-powder to be manufactured to improve the quality of the metal nano-powder.

도 1은 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치가 기상공정 금속 나노분말 제조설비에 적용된 형태를 보인 개략도
도 2는 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치에서 정전트랩의 구조를 설명하기 위한 단면도
도 3은 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치에서 인가 전압에 따른 금속분말의 입경분포를 보인 그래프
도 4는 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치에서 인가 전압에 따라 채취한 금속분말의 투과전자현미경 사진Figure 1 is a schematic diagram showing the shape of the nano-powder classification device using the electrostatic trap in the vapor phase metal nano powder manufacturing equipment according to the present invention applied to the vapor phase metal nano powder manufacturing equipment
Figure 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the electrostatic trap in the nano-powder classification apparatus using the electrostatic trap in the gas phase process metal nanopowder manufacturing equipment according to the present invention
Figure 3 is a graph showing the particle size distribution of the metal powder according to the applied voltage in the nano powder classifier using the electrostatic trap in the gas phase process metal nano powder manufacturing equipment according to the present invention
Figure 4 is a transmission electron micrograph of the metal powder collected according to the applied voltage in the nanopowder classification apparatus using the electrostatic trap in the gas phase process metal nanopowder manufacturing equipment according to the present invention

이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치(A)는 전기폭발챔버(10)와, 나노분말이송라인(20)과, 버퍼트랩(30)과, 싸이클론(40)과, 정전트랩(50)과, 나노분말수거라인(60)으로 이루어진다.
1 and 2, the nanopowder classification apparatus A using an electrostatic trap in a gas phase process metal nanopowder manufacturing facility according to the present invention includes an electric explosion chamber 10 and a nanopowder transfer line 20. And a buffer trap 30, a cyclone 40, an electrostatic trap 50, and a nano powder collection line 60.

상기 전기폭발챔버(10)는 금속 나노분말의 모재가 되는 금속와이어에 고전압을 일시에 가해 전기 폭발하도록 하는 것이다.
The electroexplosion chamber 10 is to explode by applying a high voltage to the metal wire that is the base material of the metal nanopowder at a time.

이와 같은 전기폭발챔버(10)는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서 일반적인 것인바, 그 구조 및 작동 원리에 관한 상세한 설명은 생략하는 바이다.
The electroexplosion chamber 10 is common in a vapor phase metal nanopowder manufacturing facility, and a detailed description of its structure and operating principle is omitted.

상기 나노분말이송라인(20)은 전기폭발챔버(10) 내부로부터 외부로 이어지는 것이다.
The nano powder transfer line 20 is to extend from the inside of the explosion chamber 10 to the outside.

이와 같은 나노분말이송라인(20)은기상공정 금속 나노분말 제조설비에서 일반적인 것인바, 그 구조 및 작동 원리에 관한 상세한 설명은 생략하는 바이다.
Such a nano powder transfer line 20 is a general thing in a gas phase metal nano powder manufacturing equipment, the detailed description of the structure and operating principle will be omitted.

상기 버퍼트랩(30)은 전기폭발챔버(10)로부터 이어지는 나노분말이송라인(20)의 전방구간에 마련되어 전기폭발챔버(10)로부터 얻어지는 금속 나노분말 중에서 수십(10-50) 마이크론 크기의 나노분말을 분리하는 것이다.
The buffer trap 30 is provided in the front section of the nano-powder transfer line 20 leading from the electro-explosion chamber 10 of the nano-powder of the nano-powder of several tens (10-50) microns of the metal nano-powder obtained from the electro-explosion chamber 10 To separate.

이와 같은 버퍼트랩(30)은 중력침강법을 이용하는 것으로, 중력침강법을 이용하는 버퍼트랩은 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서 일반적인 것인바, 그 구조 및 작동 원리에 관한 상세한 설명은 생략하는 바이다.
Such a buffer trap 30 uses a gravity sedimentation method, and a buffer trap using the gravity sedimentation method is common in a gas phase metal nanopowder manufacturing facility, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 싸이클론(40)은 나노분말이송라인(20)의 버퍼트랩(30) 이후 구간에 마련되어 전기폭발챔버(10)로부터 얻어지는 금속 나노분말 중에서 수(2-7) 마이크론 크기의 나노분말을 분리하는 것이다.
The cyclone 40 is provided in the section after the buffer trap 30 of the nanopowder transfer line 20 to separate nanoparticles having a size of 2-7 microns from the metal nanopowders obtained from the electroexplosion chamber 10. will be.

이와 같은 싸이클론(40)은 관성충돌법을 이용하는 것으로, 관성충돌법을 이용하는 싸이클론은 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서 일반적인 것인바, 그 구조 및 작동 원리에 관한 상세한 설명은 생략하는 바이다.
Such a cyclone 40 uses an inertial collision method, and a cyclone using the inertial collision method is common in a vapor phase metal nanopowder manufacturing facility, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 정전트랩(50)은 나노분말이송라인(20)의 싸이클론(40) 이후 구간에 마련되어 전기폭발챔버(10)로부터 얻어지는 금속 나노분말 중에서 수십(20-60) 나노미터 크기의 나노분말을 분리하는 것으로 나노분말이송라인(20)상에 원형덕트(51)가 마련된 것이고, 원형덕트(51) 중앙에 전극봉(52)이 마련되어 이루어진 것이다.
The electrostatic trap 50 is provided in a section after the cyclone 40 of the nanopowder transport line 20 to separate nanoparticles having a size of several tens (20-60) nanometers from the metal nanopowders obtained from the electroexplosion chamber 10. The circular duct 51 is provided on the nanopowder transfer line 20, and the electrode rod 52 is provided at the center of the circular duct 51.

이와 같은 정전트랩(50)에서 전극봉(52) 주위에는 테플론 재질의 보호관(53)을 씌우는 것이 바람직하다.In such an electrostatic trap 50, it is preferable to cover the protective tube 53 made of Teflon material around the electrode 52.

전극봉(52) 주위에 테플론 재질의 보호관(53)을 씌움으로써 나노분말에 의한 절연파괴를 방지할 수 있게 된다.
By covering the Teflon protective tube 53 around the electrode 52, it is possible to prevent the breakdown of the insulation by the nano-powder.

그리고 정전트랩(50)에서 전극봉(52)에 전선(55)을 연결할 때에는 테플론 재질의 애자(54)를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, when connecting the electric wire 55 to the electrode rod 52 in the electrostatic trap 50, it is preferable to use the insulator 54 made of Teflon material.

전극봉(52)에 전선(55)을 연결할 때 테플론 재질의 애자(54)를 사용함으로써 전극봉(52)과 원형덕트(51) 사이에서의 전기적 차폐를 유지할 수 있게 된다.
When the electric wire 55 is connected to the electrode 52, the insulator 54 made of Teflon material can be used to maintain electrical shielding between the electrode 52 and the circular duct 51.

한편, 정전트랩(50)에서 전극봉(52) 외면과 보호관(53) 내면 사이에는 10mm 간격이 형성되는 것이 바람직하고, 보호관(53) 선단은 원뿔 형태로 되는 것이 바람직하며, 보호관(53)은 나노분말 유동 흐름을 등지도록 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, in the electrostatic trap 50, it is preferable that a 10 mm gap is formed between the outer surface of the electrode rod 52 and the inner surface of the protective tube 53, the tip of the protective tube 53 is preferably in the form of a cone, the protective tube 53 is nano It is preferably installed to rest the powder flow stream.

전극봉(52) 외면과 보호관(53) 내면 사이에 10mm 간격이 형성됨으로써 고농도 입자 유동 분위기에서의 장시간 동안 전기적 차폐를 유지할 수 있게 되고, 보호관(53) 선단이 원뿔 형태로 되고 보호관(53)이 나노분말 유동 흐름을 등지도록 설치됨으로써 나노분말 유동과정에서 정체유동을 형성할 수 있게 된다.
10 mm gap is formed between the outer surface of the electrode 52 and the inner surface of the protective tube 53 to maintain the electrical shielding for a long time in a high concentration particle flow atmosphere, the tip of the protective tube 53 is in the form of a cone, the protective tube 53 is nano Since it is installed to rest the powder flow flow it is possible to form a stagnation flow in the nano powder flow process.

상기 나노분말수거라인(60)은 나노분말이송라인(20)의 후방에 마련되어 정전트랩(50)을 통과한 나노분말을 수거하는 것이다.
The nano powder collection line 60 is provided at the rear of the nano powder transfer line 20 to collect the nano powder passing through the electrostatic trap 50.

이와 같은 나노분말수거라인(60)은 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서 일반적인 것인바, 그 구조 및 작동 원리에 관한 상세한 설명은 생략하는 바이다.
Such a nano powder collection line 60 is common in a vapor phase metal nano powder manufacturing facility, the detailed description of the structure and operation principle will be omitted.

상기와 같은 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치(A)에서의 나노분말 분급에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Referring to the nanopowder classification in the nanopowder classification apparatus (A) using the electrostatic trap in the gas phase process metal nanopowder manufacturing equipment according to the present invention as described above in detail.

전기폭발챔버(10) 내부로 기체(질소가스)가 유입되는 상태에서 금속와어어를 투입한 이후 일시적으로 고압전류를 인가하게 되면 금속와이어의 폭발이 이루어지게 되고, 폭발로 인하여 기화된 금속와이어는 주위의 기체(질소가스)에 의해 급속히 냉각되면서 다양한 크기의 금속 나노분말로 된다.If a high-voltage current is applied temporarily after the metal wire is put in the state where gas (nitrogen gas) flows into the electric explosion chamber 10, the metal wire is exploded, and the vaporized metal wire due to the explosion It is rapidly cooled by the gas (nitrogen gas) of metal nanopowders of various sizes.

이때, 금속 나노분말은 전기폭발챔버(10)로부터 이어지는 나노분말이송라인(20)을 따라 이송되는데, 나노분말이송라인(20)을 따라 이송하는 과정에서 먼저 버퍼트랩(30)을 거치면서 중력침강에 의해 1차적으로 10-50 마이크론 크기의 나노분말 분리가 이루어지게 되고, 이후 싸이클론(40)을 거치면서 관성충돌에 의해 2차적으로 2-7 마이크론 크기의 나노분말 분리가 이루어지게 된다.
At this time, the metal nanopowder is transported along the nanopowder transport line 20 which is continued from the electroexplosion chamber 10, and in the process of transporting the nanopowder transport line 20 through the buffer trap 30, gravity sedimentation occurs. By the first, the separation of the nano-powder of 10-50 microns size is made, and then through the cyclone 40, the nano-powder separation of 2-7 microns size is made by inertia collision.

그리고 싸이클론(40)을 통과한 나노분말은 전기폭발챔버(10) 내부로 유입되는 기체에 의해 나노분말이송라인(20)을 타고 후방으로 이송되어 정전트랩(50)에 이르게 된다.And the nano-powder passing through the cyclone 40 is transported to the rear by the nano-powder transfer line 20 by the gas introduced into the electric explosion chamber 10 to reach the electrostatic trap 50.

이때, 정전트랩(50)의 전극봉(52)에는 전선(55)을 통해 전압이 인가된 상태여서 전극봉(52)과 보호관(53) 사이에는 전극봉(52)에 인가되는 전압의 세기에 따라 세기를 달리하는 전기장이 형성되는바, 정전트랩(50)에 형성되는 전기장의 세기에 따라 입자의 크기를 달리하여 나노분말의 분류가 이루어질 수 있게 된다.At this time, the voltage is applied to the electrode 52 of the electrostatic trap 50 through the wire 55, the strength between the electrode 52 and the protective tube 53 according to the strength of the voltage applied to the electrode 52 Different electric fields are formed, and according to the intensity of the electric field formed in the electrostatic trap 50, the particle size of the nano-powder can be classified.

이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
This will be described in detail as follows.

전기폭발에 의해 하전된 나노분말 입자는 주위 전기장 및 입자 상호간의 정전기력을 받는 특성이 있어 단일전자에 의해 (-) 극성으로 하전된 입자가 각각 (+)와 (-)의 전압이 인가된 두 개의 전극판 사이를 통과할 때, (-) 극성으로 하전된 입자는 정전기력에 의해 (+) 전극판 쪽으로 끌려가는 과정에서 주위 기체의 저항력과 정전기력이 균형을 이루게 되는 이동속도를 가지게 되는바, 크기가 작은 입자는 상대적으로 이동속도가 빨라 전극판에 부착되어 제거될 수 있게 되고 크기가 큰 입자는 상대적으로 이동속도가 느려 전극판에 부착되기 전에 전기장 구간을 완전히 통과하게 된다.
The nanopowder particles charged by electroexplosion have the property of receiving electrostatic force between the surrounding electric field and the particles, so that the particles charged with (-) polarity by a single electron are applied with two positive and negative voltages, respectively. As they pass between the electrode plates, the negatively-charged particles have a moving velocity that balances the resistance of the surrounding gas and the electrostatic forces as they are attracted to the positive electrode plates by the electrostatic force. Small particles are relatively fast and can be attached to and removed from the electrode plate. Large particles are relatively slow and are completely passed through the electric field section before being attached to the electrode plate.

본 발명에서는 정전트랩(50)의 전극봉(52)에 2-5kv전압을 가해 정전트랩(50)에 형성되는 전기장 세기를 분류 대상이 되는 20-60 나노미터 크기의 나노분말 입자에 작용할 수 있는 세기로 함으로써 나노분말이 정전트랩(50)을 통과할 때 20-60 나노미터 크기의 나노분말은 정전트랩(50)의 전극봉(52) 표면 또는 원형덕트(51) 벽면에 부착되어 제거될 수 있게 되고, 20-60 나노미터 크기 이상의 나노분말은 정전트랩(50)을 통과하여 나노분말수거라인(60)을 통해 수거될 수 있게 된다.
In the present invention, by applying a voltage of 2-5kv to the electrode 52 of the electrostatic trap 50, the strength of the electric field strength formed in the electrostatic trap 50 can act on the nano-powder particles of 20-60 nanometer size to be classified When the nanopowder passes through the electrostatic trap 50, the nanopowder having a size of 20-60 nanometers may be attached to and removed from the electrode 52 surface or the circular duct 51 wall of the electrostatic trap 50. , 20-60 nanometer or more nanopowder can be collected through the nano-powder collection line 60 through the electrostatic trap 50.

따라서, 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치(A)에 따르면 버퍼트랩(30)과 싸이클론(40)과 정전트랩(50)을 통해 나노분말의 분급이 이루어질 수 있게 되므로 전기폭발챔버(10)로부터 얻어지는 나노분말 중에서 상대적으로 거대하거나 미세한 나노분말을 제거할 수 있어 결국 품질 저하의 원인이 되는 나노분말이 제거된 고품질의 금속 나노분말을 제조할 수 있게 되는 것이다.
Therefore, according to the nano-powder classification device (A) using the electrostatic trap in the gas phase process metal nanopowder manufacturing equipment according to the present invention of the nano-powder through the buffer trap 30, the cyclone 40 and the electrostatic trap 50 Since the classification can be made, relatively large or fine nanopowders can be removed from the nanopowders obtained from the electroexplosion chamber 10, so that high-quality metal nanopowders can be manufactured in which nanopowders that cause quality deterioration are removed. Will be.

한편, 도 3은 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치(A)에서 인가 전압에 따른 금속분말의 입경분포를 보인 그래프로 전기적 이동도차 입경분포 측정기(Scanning Mobility Particle Sizer: SMPS)를 이용하여 측정한 금속분말의 입경분포를 나타낸 것이다.On the other hand, Figure 3 is a graph showing the particle size distribution of the metal powder according to the applied voltage in the nano powder classifier (A) using the electrostatic trap in the gas phase process metal nano powder manufacturing equipment according to the present invention the particle size distribution measuring instrument of electrical mobility The particle size distribution of the metal powder measured by (Scanning Mobility Particle Sizer: SMPS) is shown.

이때, 전기적 이동도차 입경분포 측정기를 통한 측정은 고농도의 입자가 샘플링됨에 따라 회전식 희석기(Rotating disk diluter)를 이용하여 약 176배로 희석하여 측정한 것으로, 도시된 바와 같이 정전트랩(50)에 인가된 전압이 증가할수록 정전트랩 하단에서의 크기 분포가 한쪽으로 이동하는 것을 알 수 있는 바와 같이 정전트랩 장치의 인가 전압이 증가함에 따라 미세 입자의 나노분말이 제거될 수 있게 된다.
In this case, the electric mobility difference particle size distribution measurement is measured by diluting about 176 times by using a rotating disk diluter as the particles of high concentration are sampled, the electrostatic trap 50 as shown As the applied voltage increases, the size distribution at the bottom of the electrostatic trap moves to one side, so that the nanoparticles of the fine particles may be removed as the applied voltage of the electrostatic trap device increases.

그리고 도 4는 본 발명에 의한 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치(A)에서 인가 전압에 따라 채취한 금속분말의 투과전자현미경 사진으로 정전트랩의 인가 전압이 증가함에 따라 미세 입자 나노분말의 빈도가 줄어드는 것을 알 수 있다.
4 is a transmission electron micrograph of the metal powder collected according to the applied voltage in the nanopowder classifier (A) using the electrostatic trap in the gas phase process metal nanopowder manufacturing equipment according to the present invention increases the applied voltage of the electrostatic trap As it can be seen that the frequency of the fine particle nanopowder decreases.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Since the present invention as described above is not limited to the above-described embodiments, it can be changed within the scope not departing from the gist of the present invention claimed in the claims, such changes are within the claims described.

10 : 전기폭발챔버 20 : 나노분말이송라인
30 : 버퍼트랩 40 : 싸이클론
50 : 정전트랩 51 : 원형덕트
52 : 전극봉 53 : 보호관
54 : 애자 55 : 전선
60 : 나노분말수거라인 A : 나노분말 분급장치10: electric explosion chamber 20: nano powder transfer line
30: buffer trap 40: cyclone
50: electrostatic trap 51: circular duct
52: electrode 53: protective tube
54: insulator 55: wires
60: nano powder collection line A: nano powder classifier

Claims (3)

전기폭발챔버(10)로부터 이어지는 나노분말이송라인(20)에, 중력침강법을 이용하는 버퍼트랩(30)과, 관성충돌법을 이용하는 싸이클론(40)이 순차적으로 설치되고,
나노분말이송라인(20)의 싸이클론(40) 이후 구간에, 20-60 나노미터 크기의 나노분말 입자의 분급이 이루어지는 정전트랩(50)이 설치되며,
상기 정전트랩(50)은,
나노분말이송라인(20)과 연결되는 원형덕트(51)와,
원형덕트(51)의 중앙부에 위치하는 전극봉(52)과,
전극봉(52)을 감싸는 테플론 재질의 보호관(53)과,
전극봉(52)에의 전선(55) 연결부위에 장착되는 테플론 재질의 애자(54)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치.In the nanopowder transport line 20 which is continued from the electroexplosion chamber 10, the buffer trap 30 using the gravity sedimentation method and the cyclone 40 using the inertial collision method are sequentially installed.
In the section after the cyclone 40 of the nano-powder transfer line 20, the electrostatic trap 50 is made of the classification of the nano-powder particles of size 20-60 nanometers,
The electrostatic trap 50,
Circular duct 51 is connected to the nano-powder transfer line 20,
An electrode rod 52 positioned at the center of the circular duct 51;
Teflon protective tube 53 surrounding the electrode 52,
A nanopowder classifier using an electrostatic trap in a vapor phase metal nanopowder manufacturing facility, characterized in that it consists of a teflon insulator (54) mounted on a wire (55) connecting portion to an electrode (52). 제1항에 있어서,
상기 정전트랩의 전극봉 외면과 보호관 내면 사이에는 10mm 간격이 형성되고, 보호관 선단은 원뿔 형태로 되며, 보호관 자체는 나노분말 유동 흐름을 등지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치.The method of claim 1,
10 mm gap is formed between the outer surface of the electrode of the electrostatic trap and the inner surface of the protective tube, the tip of the protective tube is in the form of a cone, the protective tube itself is installed in the gas phase process metal nano powder manufacturing equipment, characterized in that it is installed to keep the flow of nano powder flow Nano powder classifier using electrostatic trap. 제1항 또는 제2항에 있어서,
정전트랩에서의 나노분말 입자의 분급은,
2-5kv의 전압이 전극봉에 가해져서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기상공정 금속 나노분말 제조설비에서의 정전트랩을 이용한 나노분말 분급장치.The method according to claim 1 or 2,
The classification of nanopowder particles in the electrostatic trap is
A nanopowder classification apparatus using an electrostatic trap in a vapor phase metal nanopowder manufacturing facility, characterized in that a voltage of 2-5kv is applied to an electrode.
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