KR20120121109A - 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법 - Google Patents

열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ⅰ)실리콘 미분과 탄소원을 혼합 후 소성하여 마이크로 탄화규소(SiC)를 합성하는 단계 및; ⅱ)상기 마이크로 탄화규소를 열플라즈마로 처리하여 나노 탄화규소로 제조하는 단계를 포함한 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법에 관한 것에 관한 것으로, 본 발명은 메탈실리콘 분쇄/분급과정 등에서 발생하는 입경 100 ㎛ 이하 Si 폐미분을 이용하여 10 내지 500 nm 범위의 평균 입경을 갖는 탄화규소 분말을 비교적 간단하고 경제적으로 합성할 수 있는 방법을 제공하여 실리콘 미분의 고부가가치화를 달성하고 동시에 나노 탄화규소 분말을 경제성있고 친환경적인 방법으로 제조할 수 있다.

Description

열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법{PRODUCTION METHOD FOR NANO-SIZED SILICONE CARBIDE USING THERMAL PLASMA}
본 발명은 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ⅰ)실리콘 미분과 탄소원을 혼합 후 소성하여 마이크로 탄화규소(SiC)를 합성하는 단계 및; ⅱ)상기 마이크로 탄화규소를 열플라즈마로 처리하여 나노 탄화규소로 제조하는 단계를 포함한 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법에 관한 것이다.
탄화규소(Silicon carbide, SiC)는 물리/화학적으로 안정하고 내열성과 열전도성이 좋아 고온 안정성과 고온 강도가 매우 우수하며 내마모성이 높은 특성을 가지고 있어 고온 재료, 고온 반도체, 반도체용 치구, 내마모성 재료, 자동차 부품, 화학공장의 내식성 또는 내약품성 부품 또는 전자부품 등을 제조하는데 주로 사용된다. 특히 나노 크기의 탄화규소 분말의 경우 마이크로 크기 분말 보다 표면 에너지가 높고, 이로 인해 소결성이 우수하여 저온에서도 치밀한 탄화규소 제품을 제조할 수 있으며, 각종 나노 복합재료의 강화재로 널리 사용되는 장점이 있다. 또한, SiC는 예를 들어 핵융합로 블랑켓 구조재료 및 플라즈마 대향재료 등 핵융합로의 건설에서 고온/저방사화 구조재료로 사용하기 위한 것으로 판단된다. 핵융합 용도에서, SiC는 핵융합로용 타일형 구조블록으로 몰딩 될수 있는 분말형태로 제조되어야 유리하다. 따라서 몰딩공정 중에 매우 컴팩트한 구조 재료를 제공하는 이점을 갖는 SiC 나노분말의 합성기술 개발 수요가 증대되고 있는 실정이다.
이전의 연구에 따르면, SiC 나노분말은 플라즈마, 레이저 및 마이크로파를 이용하는 기상반응 합성 및 졸겔법 등의 다양한 방법을 통해 합성할 수 있다. 일본의 신규기술연구소의 신재료연구그룹에서는 RF 열플라즈마를 이용하여 30~50 nm 크기의 SiC 나노분말을 합성하였는데, 탄소원으로는 에칠렌(C2H4) 가스가 사용되었으며 Si의 원료로는 SiH4 가스가 사용되었다. 분산성이 우수한 수십 nm 크기의 SiC 나노분말이 생성되었으나, 원료 및 RF 플라즈마의 가동 비용이 비싸다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 미국의 UC Santa Barbara의 Prof. Eric McFarland는 저압 플라즈마 반응기를 이용하여 0.001~0.02 Torr의 고진공에서 tetramethylsilane(TMS)의 열플라즈마 분해에 의해 10nm 크기의 SiC 나노분말을 제조하였다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법은 실리카환원법과 실란열분해법이다. 실리카 환원법은 대형 아치슨형 전기로에서 고순도 규사(99.5% SiO2)와 저유황 코크스를 2000-2500℃의 고온에서 반응시켜 제조하며, 이 때의 합성 반응은 [SiO2 + 3C=SiC+2CO]가 된다. 그러나, 실리카 환원법은 마이크로 크기 분말 위주이며, 나노분말의 수율이 극히 미비하고, 제조과정에서 일산화탄소의 발생으로 인한 환경문제가 있으며, 생산성이 좋지 않아 경제성이 떨어지는 문제가 있다. 실란열분해법은 초미립 β-SiC를 제조할 때 사용하는 방법으로 흑연 반응로에서 Silane을 열분해하여 제조하며 이 때의 합성 반응은 [CH3SiH3 = SiC+3H2]가 된다. 그러나, Silane 분해 시 유독가스 발생하며, 소량의 가스 누출로도 치명적인 상황이 발생할 수 있고, 용매, 고분자물질, 반응 후 생성물 등은 재활용이 불가하여 환경오염이 발생하는 문제가 있다.
한편, 폴리실리콘 및 유기실리콘 재료인 메탈실리콘 파우더(입도50-450ㅅ)는 메탈실리콘 럼프(lump)를 분쇄/분급하여 50-450 미크론 크기의 입자는 제품으로 폴리실리콘 제조에 사용된다. 그런데, 메탈실리콘 럼프의 분쇄과정이나 폴리실리콘 제조과정 등에서는 필연적으로 입경 100 ㎛ 이하 고순도 Si(98%이상)의 폐미분이 발생하게 된다. 현재, 이러한 폐미분은 국내에서만도 150톤/월 발생을 추정하고 있으며 메탈실리콘 파우더의 생산량이 증가함에 폐미분도 증가될 것이다. 그러나, 아직까지 이러한 고순도 폐미분에 대한 적절한 처리방법이 개발되어 있지 않아 필러 등의 저부가가치 용도로 사용되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리콘 미분, 특히 메탈실리콘 분쇄/분급과정 등에서 발생하는 입경 100 ㎛ 이하 Si 폐미분을 이용하여 나노 탄화규소를 비교적 간단하고 경제적으로 합성할 수 있는 방법을 제공하여 실리콘 미분의 고부가가치화를 달성하고 동시에 나노 탄화규소를 경제성있고 친환경적인 방법으로 제조할 수 있도록 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 ⅰ)실리콘 미분과 탄소원을 혼합 후 소성하여 마이크로 탄화규소(SiC)를 합성하는 단계 및; ⅱ)상기 마이크로 탄화규소를 열플라즈마로 처리하여 나노 탄화규소로 제조하는 단계를 포함한 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 실리콘 미분이 메탈실리콘 럼프의 분쇄/분급과정에서 발생한 입경 100 ㎛ 이하인 폐미분인 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 실리콘 미분이 상기 ⅰ)단계의 소성 전 산세척 및 수세를 거친 것임을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 탄소원이 활성탄, 카본블랙 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 고상 탄소원인 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 ⅰ)단계의 혼합이 볼밀(ball mill)을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 ⅰ)단계의 혼합에서 실리콘과 탄소원의 비율이 몰비로 1:1.5 내지 2 범위에서 이루어진 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 마이크로 탄화규소의 열플라즈마 처리가 연속식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법은 메탈실리콘 분쇄/분급과정 등에서 발생하는 입경 100 ㎛ 이하 Si 폐미분을 이용하여 나노 탄화규소를 비교적 간단하고 경제적으로 합성할 수 있는 방법을 제공하여 실리콘 미분의 고부가가치화를 달성하고 동시에 나노 탄화규소를 경제성있고 친환경적인 방법으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 사용된 메탈실리콘 럼프의 분쇄/분급 과정에서 발생한 실리콘 폐미분의 성상을 관찰한 사진 및 주사전자현미경 사진
도 2는 도 1의 실리콘 폐미분에 대한 입도분석결과
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 활성탄의 성상을 관찰한 사진 및 주사전자현미경 사진
도 4는 본 발명의 실시예에서 사용된 활성탄의 성상을 관찰한 사진 및 주사전자현미경 사진
도 5는 본 발명의 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도
도 6은 Si:C = 1:1 혼합시료의 합성시간별 SEM 사진 및 XRD 결과
도 7은 Si:C = 1:1.5 혼합시료의 합성시간별 SEM 사진 및 XRD 결과
도 8은 Si:C = 1:2 혼합시료의 합성시간별 SEM 사진 및 XRD 결과
도 9는 Si:C = 1:2 mole 예비소성 SiC 분말로부터 합성된 SiC 나노분말의 SEM 사진
도 10은 Si:C = 1:2 mole 예비소성 SiC 분말로부터 합성된 SiC 나노분말의 TEM 사진
도 11은 그림 4-26. Si:C = 1:2 mole 예비소성 SiC 분말로부터 합성된 SiC 나노분말의 XRD 결과
이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서에서 별도의 언급이 없는 한 '실리콘 미분'의 용어는 입경이 100 ㎛ 이하의 실리콘(silicone)을 의미하고, '마이크로 탄화규소'의 표현은 평균입경이 0.5 내지 10 ㎛ 범위의 탄화규소(silicone carbide, SiC) 분말을 의미하며, '나노 탄화규소'의 용어는 10 내지 500 nm 범위의 평균 입경을 갖는 탄화규소 분말을 의미한다.
도 5는 본 발명의 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법은 ⅰ)실리콘 미분과 탄소원을 혼합 후 소성하여 마이크로 탄화규소(SiC)를 합성하는 단계 및; ⅱ)상기 마이크로 탄화규소를 열플라즈마로 처리하여 나노 탄화규소로 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법에 사용되는 실리콘 미분의 경우 특별히 제한되는 것은 아니며, 다만 경제적 관점에서 전술한 바와 같이 메탈실리콘의 분쇄/분급 과정 등에서 발생하는 입경 100 ㎛ 이하의 Si 폐미분을 사용하는 것이 바람직하다. 본 출원인의 사업장에서 메탈실리콘의 분쇄, 분급과정에서 발생하는 Si 폐미분의 형상 및 크기를 조사하기 위하여 주사전자현미경(SEM) 관찰을 수행하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. Si 폐미분의 형상은 날카로운 각을 가지고 있는 무정형 형태이고 그 크기는 약 10 - 50 ㎛ 크기를 나타내었다. 도 2는 폐미분의 정확한 입도분포를 조사하기 위하여 입도분석을 실시한 결과이다. 이결과로부터 평균 입경은 25?33 ㎛ 이고, 입경이 작은 Si 미분의 입경은 4?6 ㎛ 이며 입경이 큰 Si 분말의 입경은 80?110 ㎛ 임을 확인할 수 있었다. 또한, 불순물 분석을 위해 ICP 분석을 실시하였고, 하기 표 1에 그 결과를 정리하였다. 표 1로부터 알 수 있듯이 Fe 다음으로 많은 불순물은 Al 으로 확인되었고, Si 폐미분의 순도는 98.5?99%인 것을 알 수 있다.
Figure pat00001
따라서, 상기 실리콘 미분으로 실리콘 폐미분을 사용하는 경우에는 불순물을 줄이기 위해 소성 전 전처리로 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 통상 금속 성분의 제거에는 산(acid)용액으로 세정을 하는 방법이 사용되므로, 산세 및 수세를 하는 것이 바람직하다. 산세 및 수세를 통해 금속성분 불순물을 약 80 내지 90% 이상 제거할 수 있다.
또한, 상기 탄소원은 특별히 제한되는 것은 아니며 탄소 또는 탄화수소류 등 고상, 액상 및 기상 탄소원 모두를 이용할 수 있다. 상기 탄소원의 바람직한 예로는 활성탄, 카본블랙 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 고상 탄소원이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 고상 반응에 의한 SiC 합성을 시도하기 때문에, Si 폐미분과 탄소원의 반응성이 매우 중요하고, 이 반응성은 탄소원의 형상, 결정구조 및 입경에 의해 결정될 수 있다. 본 연구에서는 활성탄, 카본블랙 두 가지 종류의 고상 탄소원에 대하여 입경, 형상, 비표면적을 분석하였다. 도 3 및 4는 각각 활성탄과 카본블랙에 대한 SEM 관찰 결과이다. 상업용 활성탄은 그래뉼 형태로 판매되고 있기 때문에 입경은 5 - 50 ㎛ 으로 다소 큰 것으로 조사되었지만 비표면적은 카본블랙의 약 두 배 정도 커서 520 m2/g을 나타내었다. 카본블랙의 경우 입경은 1 - 5 ㎛로 매우 미세하였고, 비표면적은 230 m2/g를 보였다. 활성탄의 경우 그래뉼 형태로 되어 있었기 때문에 SiC 합성반응의 촉진을 위하여 유발을 이용하여 분쇄하여 사용하였다.
본 발명에서는 상기 실리콘 미분과 탄소원을 혼합 및 소성하여 마이크로 탄화규소를 제조하게 된다. 상기 혼합은 고상 탄소원을 사용하는 경우 균일한 분쇄효과를 더하기 위해 볼밀을 이용하여 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실리콘 미분과 탄소원의 혼합물을 소성하는 반응은 탄화규소가 생성되기에 충분한 온도 및 시간에서 수행되면 된다. 본 발명의 바람직한 태양인 실시예에서는 1,200℃에서 소성을 수행하였다. 상기 볼밀이나 소성온도 등의 상세한 조건은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 공지의 기술이므로 본 명세서에서 더 이상의 상세한 설명은 하지 않기로 한다.
상기 실리콘과 탄소원의 혼합 및 소성에 있어서, 상기 실리콘과 탄소원(혼합시 탄소원 중 포함된 탄소만의 몰비로 계산)은 몰비로 1:1.5 이상의 비율로 하는 것이 바람직하다. 탄소원이 상기 비율보다 낮게 되면 미반응 실리콘이 발생하기 때문이다. 상기 실리콘과 탄소원의 비율이 상기 범위를 벗어나게 되면 미반응 실리콘 또는 미반응 탄소원이 잔류하게 되어 별도의 분리공정을 더 거쳐야 하기 때문이다. 다만, 탄소원의 양이 많은 경우에는 소성 후 미반응 탄소원의 분리과정을 거쳐야 하기 때문에, 상기 실리콘과 탄소원의 비율이 몰비로 1:1.5 내지 2 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위에서 양 성분의 혼합이 이루어지는 경우에는 미반응 성분의 잔류가 적어 별도의 분리과정을 거칠 필요가 없기 때문이다. 이러한 소성 후 생성된 탄화규소는 '마이크로 탄화규소'로 평균입경이 0.5 내지 5 미크론 범위이다.
상기 마이크로 탄화규소는 열플라즈마로 처리하여 나노 탄화규소로 제조하는 단계를 거치게 된다. 열플라즈마는 비이송식 플라즈마를 적용하여 마이크로 탄화규소를 연속적으로 공급하여 나노 탄화규소로 전환시키게 된다. 마이크로 탄화규소 분말을 정량공급기를 통해 비이송식 아크 열플라즈마의 불꽃 속에 투입하게 되면 탄화규소 분말은 플라즈마 공간 내에서 일시적으로 용융 상태에 이르게 되고 이때 고속으로 분출하는 아르곤 및 수소 가스에 의해 용융 탄화규소 분말은 나노 사이즈로 흩어짐과 동시에 냉각되어 나노 크기의 탄화규소 분말을 형성하게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1(실리콘 미분의 산세 및 수세)
우선, 실리콘 미분으로는 본 출원인의 사업장에서 메탈실리콘 럼프를 분쇄/분급할 때 발생한 실리콘 폐미분을 사용하였다. 전기한 바와 같이, 상기 실리콘 폐미분은 입경이 100 ㎛ 이하이고 철 등 불순물을 함유하고 있다. 따라서, 상기 실리콘 미분을 고상 탄소원과 반응시키기 전에 산세 및 수세를 하였다. 산세 공정은 산세조 와 수세조로 구성되어 있으며 산세조는 히터가 부착 되어져 있고 입도를 조절할수 있으며, 온도를 40~70℃까지 제어 가능 하다. 산세, 수세조에 순환펌프을 설치하여 산세 효율을 높였으며 폐미분을 담아 줄 수 있는 직육면체 부직포와 부직포를 담을수 있는 바스켓을 이용하였다. 산세조의 크기는 400W x 400L x 300H로 70ℓ용량이며 수세조의 크기는 400W x 400L x 300H로 70ℓ용량이다. 산세조에는 순환 펌프를 설치하여 산세액을 순환시켜 50℃ 온도에서 부직포 bag속의 메탈 실리콘 미분과 접촉시간을 길게하고 확산속도를 빠르게 하도록 설계를 하였다. 메탈실리콘 미분은 물속에서 확산 되어지므로 부직포를 제작하여 그 속에 메탈실리콘 미분을 넣어 산세액에 침지시켜 산세한다. 부직포는 메탈실리콘 미분이 산세액 및 수세액으로 침출되지 않도록 하기 위하여 20㎛의 부직포를 사용하였다. 수세조에는 순환펌프를 설치하였고 수세액은 초순수급 18.5㏁의 수질을 갖는 초순수를 사용하였다. 산세액은 향후 환경문제 및 산폐수 처리에 용이하게 대처하도록 HCl을 사용하였다. 산세액의 HCl농도는 0.1N, 0.3N, 0.5N 과 온도는 50℃에서 1시간동안 침지하여 산세를 하였고 산세액의 희석수는 초순수급 18.5㏁의 수질을 갖는 초순수이다. 수세는 1시간동안 상온에서 수세를 행한 후 부직포를 건조기에 50℃로 가열하여 건조시켰으며 이 메탈실리콘 미분을 스테인레스 용기에 담아 105℃에 건조시켜 각각의 공정에서 시료에 대해 오염도 분석을 ICP-OES 7300DV pekin-elmer 분석기로 실시하였고, 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다. 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 세정 후 Fe, Al, Ca 등의 금속성분이 제거되어짐을 알 수 있다. 또한, 0.1N, 0.3N, 0.5N HCl의 산세액 농도에 따라 메탈실리콘 미분(집진기미분)의 Si 순도 98.59%에서 각각 99.02%, 99.46%, 99.74%로 증가하였다.
Figure pat00002
실시예 2(SiC 마이크로 분말의 제조)
상기 실시례 1에서 세정을 한 Si 미분과 탄소의 반응성 및 적정 탄소 첨가 비율을 조사하기 위하여 Si:C 혼합시료를 제조하였다. Si:C 혼합시료의 혼합비는 Si 1몰 기준으로 하여 1?4.5 배 몰 범위 내에서 탄소 첨가량을 조절하였다. 계량된 Si 및 탄소 분말은 1/3 부피가 되도록 지르코니아 볼을 채운 200 mL의 플라스틱 용기에 담아 12 시간동안 혼합을 실시하였다. 혼합시료는 수직 튜브형 전기로를 이용하여 1200 ℃에서 2?10 시간 동안 소성처리 되었다. 소성 후 합성된 SiC 분말은 미반응 탄소의 제거를 위하여 1회 초음파 세척을 실시하였고, 건조를 위하여 80℃ 오븐에서 12 시간동안 보관되었다.
Si 폐미분과 활성탄의 반응시간에 따른 SiC 반응 특성을 조사하기 위하여, 전기로에서 고상합성을 시도하였다. Si 폐미분과 활성탄의 혼합 몰비는 1:1, 1:1.5 및 1:2로 변화시켰고, 소성온도 1200℃에서 열처리 시간을 2 시간에서 10 시간까지 변화시켜 SiC 합성에 대한 반응성을 조사하였다. 도 6은 혼합 몰 비가 Si:C = 1:1 인 혼합시료에 대한 결과로, 합성된 SiC의 입경은 0.5 - 3 ㎛ 정도로 판단되지만, Si로 판단되는 10 ㎛ 이상의 대형 분말도 존재함을 알 수 있다. XRD 분석 결과로부터 열처리 시간이 짧을수록 미반응 실리콘의 잔류량은 증가하였고, 10 시간의 반응조건에서도 상당량의 미반응 Si 가 잔류한다는 사실을 알았다. 도 7은 Si:C = 1:1.5 혼합시료에 대한 결과이고, 합성된 SiC의 입경은 0.5 - 2 ㎛ 정도를 보였지만 Si:C = 1:1 혼합시료에서와 같이 미반응 실리콘의 대형 분말은 혼재해 있지 않음을 알 수 있다. 따라서 XRD 분석 결과 미반응 Si 도 열처리 시간이 짧은 2시간 조건에서 매우 적은 피크가 관찰되었고 그 이상의 열처리 시간에서는 미반응 Si의 피크는 사라졌다.
도 8은 Si:C = 1:2 혼합시료에 대한 결과이고, SiC의 입경은 0.5 - 4 ㎛ 정도로 C의 합량에 관계없이 5 ㎛ 이하의 SiC가 얻어짐을 알 있다. XRD 분석결과 열처리 시간이 가장 짧은 2 시간의 조건에서도 미반응 실리콘은 관찰되지 않아 실리콘 원료 전량이 SiC로 합성되었음을 확인할 수 있었다. 이상의 Si:C 혼합시료의 경우, 미반응 물질이 존재하지 않는 SiC 합성을 위해서는 적어도 1:1.5 이상의 혼합비를 갖는 시료가 필요하고, 보다 빠른 반응속도로 SiC를 합성하기 위해서는 1:2 혼합비를 갖는 원료가 바람직하다는 사실을 알 수 있었다.
실시예 3(나노 탄화규소의 제조)
다음은 혼합 몰 비가 Si:C=1:2 인 혼합분말 시료를 이용하여 1200℃에서 예비 소성하여 합성한 SiC 분말을 플라즈마 반응기에 공급하여 SiC 나노분말의 합성을 시도한 결과이다. 이때 시료 공급량은 0.45 g/min 으로 하였고, 분말 운송 가스의 유량은 1 L/min으로 설정하였다. 또한 아크 열플라즈마 발생장치 전원의 출력 조건은 전류가 250 A 이고 전압은 40 V 이었으며, 플라즈마 불꽃 형성을 위한 가스로는 아르곤 가스와 수소 가스가 사용되었다. 도 9는 합성 SiC 시료에 대한 플라즈마 처리 전후의 SEM 사진을 나타내고 있다. 이 결과에서 플라즈마 처리 전 SiC의 입경은 1-5 ㎛ 이고, 플라즈마 처리에 의해 SiC 의 입경은 1 ㎛ 이하의 나노 분말로 전환됨을 알 수 있다.
플라즈마 처리 후 시료에 대하여 정확인 입경 및 입상 변화를 조사하기 위하여, TEM 관찰을 시도하였고 그 결과를 도 10에 나타내었다. 이 TEM 결과로부터 플라즈마 처리에 의하여 SiC 분말의 미세화가 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 그러나, 200 nm 이상의 대형 나노입자와 20-30 nm 정도의 소형 나노입자가 혼합되어 있었다.
도 11에는 플라즈마 처리에 의해 SiC의 상 변화가 일어났는지의 유무를 확인하기 위하여, 플라즈마 전후의 시료에 대하여 XRD 분석을 행한 결과를 나타내었다. 이 결과에서 플라즈마 처리 후 나노 SiC 분말의 구성 성분 및 결정구조는 플라즈마 처리 전 상태와 달라져 있지 않음을 확인할 수 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석 되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. ⅰ)실리콘 미분과 탄소원을 혼합 후 소성하여 마이크로 탄화규소(SiC) 분말를 합성하는 단계 및;
    ⅱ)상기 마이크로 탄화규소 분말을 열플라즈마로 처리하여 나노 탄화규소로 제조하는 단계를 포함한 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 미분은 메탈실리콘 럼프의 분쇄/분급과정에서 발생한 입경 100 ㎛ 이하인 폐미분인 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 미분은 상기 ⅰ)단계의 소성 전 산세척 및 수세를 거친 것임을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소원은 활성탄, 카본블랙 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고상 탄소원인 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 ⅰ)단계의 혼합은 볼밀(ball mill)을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 ⅰ)단계의 혼합은 실리콘과 탄소원의 비율이 몰비로 1:1.5 내지 2 범위에서 이루어진 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 탄화규소의 열플라즈마 처리는 연속식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 탄화규소 제조방법.
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