KR102017657B1 - 금속분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응용기 내에서 플라즈마를 이용하여 금속원료의 적어도 일부를 용융해 금속용탕으로 하고, 상기 금속용탕을 증발시켜 금속증기를 생성시키고, 상기 금속증기를 상기 반응용기 내에 공급된 캐리어 가스와 함께 상기 반응용기로부터 냉각관으로 이송하여 냉각하고, 응결시켜 금속분말을 생성시키는 것을 포함하는 금속분말의 제조방법에 관한 것이다. 이 제조방법은 또한 산소 가스를 상기 반응용기 내에 공급하는 것을 포함한다.

Description

금속분말의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING METAL POWDER}

본 발명은 플라즈마법에 의해 불순물이 적은 금속분말을 제조하는 금속분말의 제조방법에 관한 것이다.

전자 회로나 배선기판, 저항, 콘덴서, IC 패키지 등의 전자부품의 제조에 있어서, 도체 피막이나 전극을 형성하기 위해 도전성의 금속분말이 이용되고 있다. 이와 같은 금속분말에 요구되는 특성이나 성상으로는 불순물이 적은 것, 평균 입경이 0.01∼10㎛ 정도의 미세한 분말인 것, 입자 형상이나 입경이 가지런한 것, 응집이 적은 것, 페이스트 속에서의 분산성이 좋은 것, 결정성이 양호한 것 등을 들 수 있다.

최근, 전자부품이나 배선기판의 소형화에 수반하여, 도체 피막이나 전극의 박층화나 파인 피치화가 진행되고 있기 때문에, 더욱 미세하고 구형상이며 또한 고결정성의 금속분말이 요망되고 있다.

이와 같은 미세한 금속분말을 제조하는 방법의 하나로서, 플라즈마를 이용하고, 반응용기 내에서 금속원료를 용융, 증발시킨 후, 금속증기를 캐리어 가스와 함께 상기 반응용기로부터 냉각관으로 이송하여 냉각하고, 응결시켜 금속분말을 얻는 플라즈마법이 알려져 있다(특허문헌 1∼3 참조).

이러한 플라즈마법에서는 금속증기를 기상(氣相) 중에서 응결시키기 때문에, 불순물이 적고, 미세하며 구형상이고 또한 결정성이 높은 금속분말을 제조하는 것이 가능하다.

도 2에 플라즈마법에서 이용되는 장치의 일례를 나타낸다. 이것은 특허문헌 1과 마찬가지의 DC아크를 이용한 이행형 DC아크 플라즈마 장치(101)이고, 반응용기(102) 내부의 감과(crucible) 부분(109)에서 금속원료를 용융하여 금속용탕(108)으로 하고, 이것을 증발시켜 생성된 금속증기를 캐리어 가스에 의해 냉각관(103)으로 이송하며, 냉각관(103) 내에서 냉각하여 응결시킴으로써 금속입자를 생성하는 것이다.

여기에서 캐리어 가스는 플라즈마 가스와 필요에 따라 공급되는 희석 가스의 혼합물이며, 통상 아르곤, 헬륨, 질소, 암모니아, 메탄, 혹은 이들의 혼합물 등의 불활성 가스 또는 환원성 가스가 사용된다. 도 2 중, 플라즈마 토치(104), 애노드(105), 캐소드(106), 플라즈마(107), 희석 가스 공급부(110)는 후술하는 도 1의 플라즈마 토치(4), 애노드(5), 캐소드(6), 플라즈마(7), 희석 가스 공급부(10)와 같은 것이다.

또한 플라즈마법으로 금속분말을 제조하는 경우, 산화되기 쉬운 성질(易酸化性)의 비금속(卑金屬)은 물론이거니와, 산화되기 어려운 귀금속이어도 캐리어 가스로서 산소 가스는 사용되지 않는 것이 보통이다. 이것은 반응용기 내에 산소를 도입하면, 금속용탕 표면에 산화막이 생겨 제조 효율이 저하되거나, 반응용기의 단열재, 예를 들면 그래파이트가 타 버리거나, 또 다량의 산소가 반응용기 중에 존재하면 플라즈마 특성이 변화하여 불안정하게 되어 제조 효율이 나빠지고, 최종적으로는 플라즈마가 착화하지 않게 되는 등의 문제를 일으키기 때문이다. 또한, DC플라즈마에서는 전극 금속이 산화하여 열화하는 문제도 있다.

이 때문에, 예를 들면 금속분말 표면에 내산화성 향상이나 소결 억제를 위해 산화 피막을 형성하는 경우라도, 반응용기 내에 산화성 가스를 도입하는 것이 아니라, 특허문헌 2 등에 기재되어 있는 바와 같이, 금속증기를 냉각관으로 이송하여, 응결시켜 금속분말을 생성시킨 후에, 산화성 가스를 불어 넣는 등의 방법으로 산화시키지 않으면 안 되었다.

일본국 등록특허 제3541939호 공보 일본국 특표2003-522835호 공보 일본국 등록특허 제3938770호 공보

그런데, 상기 특허문헌에 기재된 바와 같은 플라즈마 장치에서는 반응용기 내의 온도가 매우 높고, 금속용탕의 온도도 예를 들면 수천도의 고온이 되기 때문에, 반응용기의 구성재료로는 특허문헌 1에도 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들면 그래파이트, 탄화규소 등의 탄화물, 마그네시아, 알루미나, 지르코니아 등의 산화물, 질화 티탄, 질화 붕소 등의 질화물, 붕화 티탄 등의 붕화물 등의 내화재료가 사용된다.

그러나, 이와 같은 내화재료를 사용해도, 장시간의 가동에 의해, 감과 등 반응용기의 구성 재료의 성분의 일부가 증발하여, 생성하는 금속분말 중에 불순물로서 혼입하여 제품의 품질을 변화시켜 버리는 것이 알려져 있다(특허문헌 3 참조).

예를 들면 니켈 분말을 제조하는 경우, 매우 내열성이 높고 안정한 내화재료인 안정화 지르코니아제의 세라믹 감과를 이용해도, 감과 재료에 포함되는 지르코늄, 칼슘, 마그네슘, 이트륨, 하프늄, 규소 등의 성분이 니켈 분말에 혼입되는 것을 피할 수 없다. 이것은 본 발명자들의 연구에 의하면, 특히 금속용탕을 유지하는 감과부 등 (이하 「감과」라고 한다)의 용탕과 접하는 부분에서 감과 성분의 일부가 금속용탕 중으로 용출되고, 이것이 생성하는 금속분말 중에 불순물로서 혼입해 버리기 때문이라고 생각된다.

또, 불순물의 혼입량은 용탕의 온도나 장치의 가동 시간에 의해 변동하므로, 제품의 불순물 레벨의 불균일을 일으킨다. 또한, 감과 성분의 용출은 동시에 감과의 재질 변화에 의한 내구성의 저하를 일으키므로, 감과 수명이 짧아진다는 문제도 생긴다.

또한, 금속분말에 소결성이나 내산화성을 부여하거나, 촉매 활성 등을 조정하거나 할 목적으로 유황, 인, 백금, 레늄 등의 첨가 원소를 함유시키는 일이 있는데, 이들의 첨가 원소를 그 전구체, 예를 들면 유기 화합물이나 수소화합물의 형태로 상기 반응용기 중에 공급함으로써 금속분말에 함유시키는 경우, 감과로부터의 불순물의 혼입이 보다 증가하는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 또 니켈, 동 등의 비금속 분말에서는 귀금속 분말에 비해 이와 같은 불순물의 혼입, 감과의 열화가 큰 경향이 있다.

이와 같은 반응용기로부터의 불순물의 혼입이나 그 양의 불균일은 전자부품 등이 더욱 소형화, 고성능화가 진행되면, 더욱 큰 문제가 된다. 예를 들면 적층 콘덴서 등의 적층 세라믹 전자부품의 내부 전극에 사용되는 니켈 분말의 경우, 미량의 불순물 원소가 전극의 소결성이나 세라믹층의 특성에 영향을 주고, 전자부품의 특성의 열화나 불균일의 증대를 일으키는 일이 있다. 특히 전술의 칼슘, 이트륨 등의 원소는 유전체 세라믹층의 특성에 크게 영향을 준다고 생각되므로, 함유하지 않거나, 함유량을 엄밀하게 컨트롤 할 필요가 있다. 따라서, 반응용기로부터의 이들 불순물의 혼입을 가능한 한 억제하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 문제·상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 해결 과제는 플라즈마법에 의해 금속분말, 특히 비금속분말을 제조할 때에, 불순물 원소의 혼입을 억제하고, 매우 고순도의 금속분말을 얻을 수 있는 금속분말의 제조방법을 제공하는 것이다. 또, 아울러서 감과 등의 반응용기의 내구성을 개선할 수 있는 금속분말의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 상기 과제는 이하의 수단에 의해 해결된다.

1. 반응용기 내에서 플라즈마를 이용하여 금속원료의 적어도 일부를 용융해 금속용탕으로 하고, 또한 해당 금속용탕을 증발시켜 금속증기를 생성시키고, 해당 금속증기를 상기 반응용기 내에 공급된 캐리어 가스와 함께 상기 반응용기로부터 냉각관으로 이송하여 냉각하고, 응결시켜 금속분말을 생성시키는 금속분말의 제조방법으로서,

산소 가스를 상기 반응용기 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.

2. 상기 반응용기의 적어도 금속용탕과 접하는 부분이 지르코니아계 세라믹으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재한 금속분말의 제조방법.

3. 산소 가스가, 금속분말의 생성량 1Kg/hr에 대하여 1500mL/min 이하의 양으로 공급되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재한 금속분말의 제조방법.

4. 또한 유황, 인, 백금, 레늄, 아연, 주석, 알루미늄, 붕소로부터 선택되는 첨가 원소를 상기 반응용기 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 ∼ 제 3 항의 어느 한 항에 기재한 금속분말의 제조방법.

5. 상기 첨가 원소를 유기 화합물 및/또는 수소화합물의 형태로 공급하는 것을 특징으로 하는 제 4 항에 기재한 금속분말의 제조방법.

6. 상기 금속분말이 비금속을 주성분으로 하는 것인 것을 특징으로 하는 제 1 항∼제 5 항의 어느 한 항에 기재한 금속분말의 제조방법.

7. 상기 플라즈마가 이행형 DC아크 플라즈마인 것을 특징으로 하는 제 1 항∼제 6 항의 어느 한 항에 기재한 금속분말의 제조방법.

본 발명의 금속분말의 제조방법에 따르면, 반응용기 내에 산소 가스를 공급함으로써, 반응용기로부터의 불순물의 혼입량이 매우 적은 금속분말을 제조할 수 있다. 또, 반응용기의 재질의 열화도 방지할 수 있어 반응용기의 수명을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또, 도입하는 산소의 양을 특정량으로 컨트롤함으로써 생산성의 저하나 생성 분말의 성상의 변화를 일으키는 일 없이, 불순물의 혼입량을 저하시킬 수 있다.

도 1은 실시예에서 사용하는 플라즈마 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래예에서 사용하는 플라즈마 장치를 나타내는 도면이다.

본 발명의 금속분말의 제조방법에 의해 제조되는 금속분말로는 은, 금, 백금족 금속 등의 귀금속이나, 니켈, 동, 코발트, 철, 탄탈, 티탄, 텅스텐 등의 비금속, 이들을 포함하는 합금 등, 한정은 없지만, 특히 금속분말이 비금속을 주성분으로 하는 금속분말인 경우, 본 발명의 효과를 보다 향수(享受)할 수 있으므로 바람직하다.

여기에서 「주성분」이란, 금속분말 전체에 차지하는 비금속의 비율이 50중량％ 이상인 것을 말한다.

본 발명의 금속분말의 제조방법에 있어서, 금속원료로는 목적으로 하는 금속분말의 금속 성분을 함유하는 물질이면 특별히 제한은 없고, 순금속 외, 2종 이상의 금속 성분을 포함하는 합금이나 복합물, 혼합물, 화합물 등을 사용할 수 있다. 특별히 제한은 없지만, 취급 용이성의 면에서, 수 mm∼수십 mm정도 크기의 입자 형상(粒狀)이나 덩어리 형상(塊狀)의 금속재료 또는 합금재료를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 일례를 들어 본 발명의 공정을 설명한다.

원료의 금속은 원료의 피드 포트로부터 플라즈마 장치의 반응용기 내에 공급된다.

반응용기 내에는 산소와, 필수는 아니지만 희석 가스가 공급된다. 금속원료는 반응용기 내에서 플라즈마에 의해 용융되어, 반응용기 하부의 감과 부분에 금속용탕으로서 저류된다. 금속용탕은 더욱 플라즈마에 의해 가열되어 증발하여 금속증기를 생성한다. 생성한 금속증기는 플라즈마의 생성에 사용된 플라즈마 가스와, 필요에 따라서 공급되는 상기 희석 가스를 포함하는 캐리어 가스에 의해, 상기 반응용기로부터 냉각관으로 이송되어 냉각되고, 응결하여 금속분말을 생성한다.

반응용기의 구성 재료로는 제한은 없고, 종래 플라즈마 장치에 이용되는 그래파이트나 세라믹계의 내화재료가 사용된다. 특히, 적어도 감과 부분이 산화물계 세라믹 재료, 그 중에서도 지르코니아계 세라믹으로 구성되는 경우, 본 발명의 효과가 현저하다.

플라즈마 가스 및 희석 가스로는 통상, 금속분말의 제조에 사용되는 아르곤, 헬륨, 질소, 암모니아, 메탄, 혹은 이들의 혼합물 등의 불활성 가스나 환원성 가스가 사용된다.

산소 가스는 순산소 가스 외에, 예를 들면 공기나, 불활성 가스와 산소의 혼합 가스 등, 산소를 포함하는 가스로서 공급해도 된다. 또한 산소는 희석가스와 혼합하여 반응용기 내에 공급해도 되고, 혼합하지 않고 희석 가스와는 다른 도입구로부터 반응용기 내에 공급해도 된다.

반응용기 내에 산소 가스를 공급함으로써 불순물량이 저하하는 이유는 반드시 명확한 것은 아니지만, 예를 들면 금속원료로서 금속 니켈을 이용하고, 안정화 지르코니아제의 반응용기(이하 감과 부분을 가리키며 「지르코니아 감과」라고도 한다)를 이용하여 니켈 분말을 제조하는 경우를 예를 들면, 다음과 같이 생각할 수 있다.

종래의 방법에서는 지르코니아 감과 중의 산소가, 감과와 고온의 니켈 용탕이 접촉하는 고액계면에서 용탕 중으로 이동하고, 이 때문에 생긴 지르코늄, 칼슘, 이트륨 등의 금속이 니켈 용탕 중에 용출함으로써, 생성하는 니켈 분말 중의 불순물이 증가한다. 지르코니아는 특히 1000℃ 이상의 고온에서는 고체 전해질의 성질을 갖고, 이온 전도성이 크기 때문에, 감과의 내부로부터 고액계면으로 산소가 이동해 옴으로써, 산소나 금속의 용출량이 커진다. 그러나, 본 발명에 있어서는 반응용기 내에 도입된 산소가 니켈 용탕 중에 용융하여 니켈 용탕 중의 산소 농도가 높아진 결과, 감과로부터의 산소의 이동이 억제되어, 생성한 니켈 분말 중, 감과에서 유래하는 불순물의 양이 감소하는 것은 아닐까 추측된다.

산소 가스의 공급량은 금속분말의 생성속도가 1Kg/hr인 경우의 공급량으로써 0.05mL/min 정도의 소량으로도 불순물 저감의 효과가 확인된다.

본 발명에 있어서, 동등의 불순물 저감 효과를 얻기 위해 필요한 산소 공급량은 금속원료의 공급속도(금속분말의 생성속도)에 거의 비례하므로, 이하, 산소 공급량은 금속분말의 생성속도 1Kg/hr당의 양으로 나타낸다. 여기에서, 산소 가스의 공급량은 25℃ 1기압에서의 산소 가스의 유량으로 나타낸 것이다. 특히 산소가 0.1mL/min 이상의 양으로 공급되는 경우, 현저한 효과가 얻어지므로 바람직하다.

한편, 산소 가스의 공급량이 많아지면, 용탕 중에 산소가 과잉으로 지나치게 용해되어 금속용탕 표면이 산화되거나 플라즈마가 불안정하게 되거나 하여 제조 효율이 저하되어 버리거나, 또 반응용기에 사용되는 단열재 등이 타 버리거나, 또한 DC플라즈마에서는 전극 금속이 산화해 버리는 등의 문제를 일으키게 된다. 또 공급된 산소 중, 전술한 감과성분의 용출 억제나 후술하는 화합물의 분해를 위해 소비되지 않았던 것은 캐리어 가스의 일부가 되므로, 냉각관에서 금속증기가 응결하여 금속분말이 석출될 때에, 산화를 일으키지 않는 양으로 조정할 필요도 있다. 이 때문에, 목적의 금속 종류나 후술하는 첨가 원소에 따라서도 달라지지만, 후술하는 첨가 원소가 없는 경우에는 최대라도 1500mL/min를 넘지 않는 것이 바람직하다. 특히, 산소 가스가 0.1∼1000mL/min의 양으로 공급되는 경우, 전술한 문제를 거의 발생시키는 일 없이 현저한 효과가 얻어지므로 바람직하다.

또한, 전술한 바와 같이 금속분말에 첨가 원소로서 유황, 인, 백금, 레늄, 아연, 주석, 알루미늄, 붕소 등의 원소를 함유시킬 목적으로, 플라즈마 반응용기 내에 이들 첨가 원소의 화합물, 특히 유기화합물이나 수소화합물 등을 공급할 때에 불순물이 증가하는 경향이 있었지만, 이와 같은 경우, 산소 공급에 의한 불순물 저감 효과는 특히 현저하고, 본 발명의 효과를 보다 향수할 수 있으므로 바람직하다. 즉 상기 유기화합물이나 수소화합물은 고온의 기상 중에서 분해하여 환원성을 나타내기 때문에, 전술의 감과로부터 금속용탕 중으로의 산소 용출이 보다 일어나기 쉬워지는 것은 아닐까 추측되는데, 산소를 공급하면 그 환원성이 상쇄되어 불순물의 저감에 매우 효과적이다.

더 나아가서 산소에는 이들 화합물의 분해를 촉진하여 첨가 원소가 금속분말에 함유되기 쉽게 하는 효과도 있다고 생각된다. 이 때문에, 산소는 상기 유기화합물이나 수소화합물의 분해에 필요한 화학량론량보다 많이 공급되는 것이 바람직하다.

상기 유기화합물로는 한정은 없지만, 일례를 들면, 유황의 경우는 메탄티올이나 에탄티올과 같은 티올류, 메르캅토에탄올이나 메르캅토부탄올과 같은 메르캅탄 화합물, 혹은 벤조티오펜 등의 티오펜류나 티아졸류가 사용된다.

인의 경우는 트리페닐포스핀, 메틸페닐포스핀, 트리메틸포스핀 등의 포스핀류나 포스포란 등이 사용된다.

또, 백금, 레늄, 아연, 주석, 알루미늄, 붕소의 유기화합물로는 카르본산염류, 아민 착체류(錯體類), 포스핀 착체류, 메르캅티드류, 혹은 레늄산의 유기 유도체 등을 들 수 있다.

상기 수소화합물의 일례를 들면, 황화수소나, 수소화 알루미늄, 디보란 등의 수소화물 및 그 유기 유도체 등이 사용된다.

또, 본 발명에서는 상기 플라즈마가 이행형 DC아크 플라즈마인 경우, 본 발명의 효과를 보다 향수할 수 있으므로 바람직하다.

실시예

다음으로, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 또한 본 실시예에 있어서, 각종 가스의 유량은 산소와 마찬가지로 25℃ 1 기압에 있어서의 가스의 유량으로 나타낸 것이다.

이하의 실시예에서는 플라즈마 장치로는 도 1에 나타내어지는 이행형 DC아크 플라즈마 장치(1)를 사용했다.

이 장치의 반응용기(2)로는 칼슘 안정화 지르코니아제의 반응용기가 이용되고 있다. 반응용기(2)의 위쪽에는 플라즈마 토치(4)가 배치되고, 도시하지 않는 공급관을 통하여 플라즈마 토치(4)에 플라즈마 생성 가스가 공급되도록 되어 있다. 플라즈마 토치(4)는 캐소드(6)를 음극, 플라즈마 토치(4)의 내부에 설치된 도시하지 않은 애노드를 양극으로서 플라즈마(7)를 발생시킨 후, 양극을 애노드(5)로 이행함으로써, 캐소드(6)와 애노드(5)의 사이에서 플라즈마(7)를 생성한다. 도시하지 않은 원료 피드 포트로부터 반응용기(2)의 감과 부분(9)에 공급된 금속원료의 적어도 일부를 해당 플라즈마(7)의 열에 의해 용융시켜 금속의 용탕(8)을 생성한다. 또한 플라즈마(7)의 열에 의해, 용탕(8)의 일부를 증발시켜 금속증기를 발생시킨다.

반응용기(2) 내에는 희석 가스가, 희석 가스 공급부(10)로부터 공급된다. 희석 가스는 상기 플라즈마 생성 가스와 함께 금속증기를 냉각관(3)으로 반송하기 위한 캐리어 가스로서 사용된다. 산소는 희석 가스 공급부(10)와는 다른 산소 공급부(11)로부터 공기를 도입함으로써 공급된다.

반응용기(2) 내에서 발생한 금속증기는 플라즈마 생성 가스와 희석 가스를 포함하는 캐리어 가스에 의해 냉각관(3)으로 이송되어 냉각, 응결하여 금속분말을 생성한다.

[실시예 1]

상기 플라즈마 장치의 반응용기 내에, 금속원료로서 금속 니켈 덩어리를 약 3.0∼4.0Kg/hr의 공급 속도로 공급하고, 또 플라즈마 생성 가스로서 아르곤을 유량 70L/min, 희석 가스로서 질소 가스를 유량 630∼650L/min로, 더 나아가 산소량이 표 1에 나타내는 바와 같이 되는 유량으로 공기를 공급하고, 플라즈마 출력 약 100kW의 조건에서 500시간 장치를 가동시켜 니켈 분말을 제조했다.

니켈 분말의 생성속도(금속 니켈 덩어리의 공급 속도)와, 반응용기 내로의 산소 공급량, 얻어진 니켈 분말의 비표면적(比表面積), 불순물로서의 Ca함유량과 Zr함유량, 및 산소 함유량을 표 1에 아울러 나타낸다.

또한 분말의 비표면적은 BET법으로, Ca함유량과 Zr함유량은 형광 X선 분석장치(리가쿠 제조 ZSX100e)로, 또 산소 함유량은 산소·질소 측정장치(호리바 제작소 제조 EMGA-920)에 의해 측정했다.

[표 1]

표 1에 나타내는 결과로부터, 반응용기 내에 산소 가스가 공급된 경우, 공급되지 않는 경우(시험 번호 1)와 비교하여 불순물량이 저감되는 것이 명백하다.

또한 산소 공급량이 1500mL/min를 넘는 시험 번호 8에 있어서는 불순물량의 저감 효과는 확인할 수 있지만, 플라즈마가 불안정하게 되며, 플라즈마 출력을 유지하기 위해 금속 니켈 공급량을 감소시킨 결과, 제조 효율이 저하한 것 외, 생성하는 니켈 분말의 입자 형상이나 입도의 불균일이 커졌다.

[실시예 2]

니켈 분말에 유황을 도핑할 목적으로, 산소 공급부(11)로부터 공기와 함께 황화수소(H₂S) 가스를 350mL/min(0.041mol/min)의 속도로 반응용기 내에 공급하는 것 이외에는 실시예 1과 거의 마찬가지로 하여 니켈 분말을 제조했다.

니켈 분말의 생성속도(금속 니켈 덩어리의 공급 속도), 반응용기 내로의 산소 공급량, 얻어진 니켈 분말의 비표면적, 불순물로서의 Ca함유량과 Zr함유량, 및 산소와 유황의 함유량을 표 2에 나타낸다. 또한 유황의 함유량은 탄소·유황 측정 장치(호리바 제작소 제조 EMIA-320V)로 측정했다.

[표 2]

표 2에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 반응용기 내에 산소가 공급됨으로써 현저한 불순물 저감 효과가 있었다.

[실시예 3]

상기 플라즈마 장치의 반응용기 내에, 금속원료로서 금속동 덩어리를 약 6.5∼7.5Kg/hr의 공급 속도로 공급하고, 또 동분말에 인을 도핑할 목적으로 산소 공급부(11)로부터 공기와 함께 액상의 트리페닐포스핀을 1mL/min(0.00419mol/min)의 속도로 반응용기 내에 공급하는 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 동분말을 제조했다.

동분말의 생성속도(금속동의 공급 속도), 반응용기 내로의 산소 공급량, 얻어진 동분말의 비표면적, 불순물로서의 Ca함유량과 Zr함유량, 및 산소와 인의 함유량을 표 3에 나타낸다. 또한, 인의 함유량은 형광 X선 분석장치(리가쿠 제조 ZSX100e)로 측정한 것이다.

[표 3]

표 3에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 반응용기 내로의 산소의 공급에 의해 현저한 불순물의 저감 효과를 볼 수 있었다.

또한 본 실시예에서는 이행형 DC아크 플라즈마 장치를 사용했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 고주파 유도식 플라즈마 장치나, 마이크로파 가열 방식의 플라즈마 장치 등을 이용해도 된다.

또, 본 실시예에서는 산소는 희석 가스 공급부와는 다른 산소 공급부로부터 공급했지만, 희석 가스와 함께 공급되어도 된다.

산업상의 이용 가능성

본 발명은 플라즈마법에 의해 금속분말을 제조하는 금속분말의 제조방법에 있어서, 특히 불순물 원소의 혼입을 억제하여 매우 고순도의 금속분말을 얻는데 적합하게 이용할 수 있다.

1: 플라즈마 장치 2: 반응용기
3: 냉각관 4: 플라즈마 토치
5: 애노드 6: 캐소드
7: 플라즈마 8: 용탕
9: 감과 부분 10: 희석 가스 공급부
11: 산소 공급부

Claims (7)

1. 반응용기 내에서 플라즈마를 이용하여 금속원료의 적어도 일부를 용융해 금속용탕으로 하고, 추가로 상기 금속용탕을 증발시켜 금속증기를 생성시키고, 상기 금속증기를 상기 반응용기 내에 공급된 캐리어 가스와 함께 상기 반응용기로부터 냉각관으로 이송하여 냉각하고, 응결시켜 금속분말을 생성시키는 금속분말의 제조방법으로서,
   상기 반응용기의 적어도 금속용탕과 접하는 부분이, 산화물계 세라믹으로 형성되고,
   산소 가스를 상기 반응용기 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 산화물계 세라믹이 지르코니아계 세라믹인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   산소 가스가, 금속분말의 생성량 1Kg/hr에 대하여 1500mL/min 이하의 양으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   추가로 유황, 인, 백금, 레늄, 아연, 주석, 알루미늄, 붕소로부터 선택되는 첨가 원소를 상기 반응용기 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 첨가 원소를 유기화합물, 수소화합물, 또는 유기화합물 및 수소화합물의 형태로 공급하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 금속분말이 비금속(卑金屬)을 주성분으로 하는 것인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 플라즈마가 이행형 DC아크 플라즈마인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.

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