RU2457925C2 - Способ получения металлических нанопорошков разложением карбонила металла при использовании индукционной плазменной горелки - Google Patents

Способ получения металлических нанопорошков разложением карбонила металла при использовании индукционной плазменной горелки Download PDF

Info

Publication number
RU2457925C2
RU2457925C2 RU2008152775/02A RU2008152775A RU2457925C2 RU 2457925 C2 RU2457925 C2 RU 2457925C2 RU 2008152775/02 A RU2008152775/02 A RU 2008152775/02A RU 2008152775 A RU2008152775 A RU 2008152775A RU 2457925 C2 RU2457925 C2 RU 2457925C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbonyl
metal
gas
particles
plasma torch
Prior art date
Application number
RU2008152775/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008152775A (ru
Inventor
Владимир ПАСЕРИН (CA)
Владимир ПАСЕРИН
Ричард С. АДАМС (CA)
Ричард С. АДАМС
Махер И. БОУЛОС (CA)
Махер И. БОУЛОС
Ежи ЮРЕВИЧ (CA)
Ежи ЮРЕВИЧ
Цзяинь ГО (CA)
Цзяинь ГО
Original Assignee
СиВиАрДи ИНКО ЛИМИТЕД
Текна Плазма Системз Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by СиВиАрДи ИНКО ЛИМИТЕД, Текна Плазма Системз Инк. filed Critical СиВиАрДи ИНКО ЛИМИТЕД
Publication of RU2008152775A publication Critical patent/RU2008152775A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2457925C2 publication Critical patent/RU2457925C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/30—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/30—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis
    • B22F9/305—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis of metal carbonyls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G1/00—Methods of preparing compounds of metals not covered by subclasses C01B, C01C, C01D, or C01F, in general
    • C01G1/04—Carbonyls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению металлических нанопорошков посредством введения карбонила металла в индукционную плазменную горелку. Карбонил металла разлагают внутри индукционной плазменной горелки с образованием наноразмерных металлических частиц по существу сферической формы и быстро охлаждают полученные частицы газом для быстрого охлаждения в реакторе, расположенном с выходной стороны плазменной горелки, и собирают частицы. Карбонил металла выбирают из группы, состоящей из карбонила никеля, карбонила железа, карбонила меди, карбонила кобальта, карбонила хрома, карбонила молибдена, карбонила вольфрама и карбонила рутения. Обеспечивается высокая производительность получения частиц с улучшенной сферической морфологией и степенью кристалличности. Кроме этого индукционная плазменная горелка не вводит загрязняющих веществ в нанопорошок. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.

Description

НАИМЕНОВАНИЕ СТОРОН В СОГЛАШЕНИИ О СОВМЕСТНОЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
Эта заявка подана в рамках соглашения между Inco Limited и Tekna Plasma Systems, Inc. от 30 июня 2005 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к изготовлению металлических порошков вообще и, в частности, к способу получения металлических нанопорошков из исходного карбонила при использовании индукционной плазменной горелки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ
В области электронных приборов, производимых в большом количестве и имеющих малые габариты при одновременном обеспечении высоких характеристик, имеет место постоянная потребность в интегральных схемах, внутренних компонентах и системах питания с улучшенными свойствами. Требуемые электронные системы всех видов нуждаются во все более тонких металлических порошках для многослойных керамических конденсаторов (MLCC), батарей, переключателей, компонентов логических схем и т.п.
Металлические нанопорошки, в частности ультратонкие никелевые порошки, изготавливаются различными способами. Методики осаждения из паровой фазы (CVD), основанные на технологии с использованием карбонила обеспечивают изготовление особенно чистых порошков, обладающих требуемыми химическими и физическими свойствами. Однако вследствие относительно низкой рабочей температуры обычных устройств для изготовления порошков разложением карбонила (400-700°C) морфология обычных порошков из карбонила может не быть достаточно сферической и гладкой. Устройства для разложения карбонила с горячей стенкой, хотя и способны к изготовлению ультратонких металлических порошков с размером частиц порядка одного микрона или менее, обычно производят порошки с остроконечными частицами нерегулярной формы. Методики CVD на базе хлорида никеля обеспечивают изготовление более гладких частиц, однако они имеют более высокую рабочую температуру, создают экологические проблемы и по своей сути более дороги.
Производители оборудования, использующие, например, ультратонкие никелевые порошки, предъявляют возрастающие требования в отношении морфологии частиц с высокой сферичностью и гладкой поверхностью, чтобы минимизировать площадь поверхности и, тем самым, уменьшить реакционную способность порошка, а также увеличить его объемную плотность.
Исследователями изучалось использование различных видов систем на базе карбонила для изготовления металлических нанопорошков.
В патенте США 4808216 Kageyama et al. раскрывают способ газофазного пиролиза для изготовления ультратонких порошков, в котором нагретое разбавленное карбонильное соединение пропускается через сильное магнитное поле.
В патенте США 5403375 Konig et al. раскрывают печь, в которой используется несколько газовых потоков для предотвращения осаждения образованных порошков на горячих стенках. Газообразные металлические соединения испаряются перед их введением в печи.
В патенте США 6689192 B1 Phillips et al. раскрывают введение газа для образования плазмы в СВЧ-резонатор.
Другие исследователи вводили твердотельные частицы никеля в плазменные реакторы распыления на постоянном токе, плазменные реакторы с дугой прямого действия и индукционные плазменные реакторы.
Кроме того, один из соавторов данного изобретения (M. Boulos) является автором патента США 5200595, включенного в данный документ посредством ссылки, который раскрывает высокоэффективную индукционную плазменную горелку, поставляемую на рынок компанией Tekna Plasma Systems, Inc. в Шербруке, Квебек, Канада (Sherbrook, Quebec, Canada).
Как указано выше, авторы изобретений использовали системы с индуктивно-связанной радиочастотной (РЧ) плазмой для изготовления наночастиц никеля посредством введения тонких частиц никеля в плазму. Эти частицы никеля плавятся и испаряются в плазме. Когда они выходят из плазмы, атомы газообразного никеля конденсируются в виде капель жидкости. Капли охлаждаются и отверждаются с образованием в основном сферических частиц никеля.
Способы, основанные на применении плазмы, успешно используются для изготовления металлических нанопорошков. Однако они имеют ряд недостатков.
Имеет место ряд недостатков в случае использования исходного твердотельного никеля в сочетании с плазменными реакторами с дугой постоянного тока и на базе электродов.
Температура реакции при использовании металлического никеля (или любого металла в этом случае) должна превышать температуру плавления металла, которая для никеля составляет 1453°C. Поскольку требуется высокая мощность плазмы, то производительность ограничивается. Металлический исходный материал, даже если он классифицирован с отбором частиц малого размера, все еще содержит частицы увеличенного размера, которые часто будут проходить через плазму без испарения. Эти большие частицы включаются в конечный продукт в качестве фракций нежелательного размера.
Кроме того, использование металлического никеля в качестве исходного материала требует порошкового питателя. Порошковые исходные материалы, для которых предполагаются дискретные величины дозирования и расхода частиц, имеют тенденцию к засорению и изменению скорости подачи, что вызывает нестабильное функционирование реактора.
Плазменные реакторы на базе электродов, такие как плазменные реакторы распыления на постоянном токе и плазменные реакторы с дугой прямого действия, вводят нежелательные загрязняющие вещества от электродов в получаемые порошки.
Поэтому имеется потребность в быстром плазменном способе изготовления металлических порошков с ультратонкими сферическими частицами вообще и наноразмерных никелевых порошков в частности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном изобретении предлагается способ синтеза металлических нанопорошков при использовании индукционной плазменной горелки и карбонилов металлов в качестве исходных материалов. Индукционная плазменная горелка обладает высокой универсальностью и совместимостью с химико-технологическими процессами, поскольку в ней отсутствуют металлические электроды, взаимодействующие с реагентами, и поэтому может быть использована окислительная и восстановительная атмосферы. При использовании совместно с газообразным или жидким карбонилом металла температуры и общая энергия, необходимые для эффективного производства чистого ультратонкого порошка, существенно уменьшаются по сравнению с обычными исходными металлическими материалами. Поскольку времена пребывания в индукционных плазменных реакторах меньше по сравнению с другими плазменными системами, порошки проявляют меньшую разницу в качестве.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. l представляет собой вид поперечного сечения варианта осуществления.
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления.
Фиг. 3 представляет собой микрофотографию никелевого порошка в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг. 4 представляет собой микрофотографию никелевого порошка в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг. 5 представляет собой микрофотографию варианта осуществления данного изобретения.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хотя полномочные организации выработали точные определения «нанопорошков» и ультратонких порошков, для целей данного описания принимается, что такие порошки образованы из металлических частиц с типичным средним диаметром частиц в интервале от примерно 1 до 100 нм.
На фиг. 1 представлен схематический вид, в разрезе, РЧ индукционной плазменной горелки 10 в соответствии с патентом США 5200595, указанным выше.
Как открыли Монд и Лангер в конце 19 века, никель свободно соединяется с монооксидом углерода и отделяется от него. Посредством разложения карбонила никеля (Ni(CO)4) может быть получена чрезвычайно чистая форма никеля. Основная реакция при этом следующая:
Ni(CO)→Ni+4CO
при теплоте реакции 160,4 кДж/моль.
Вследствие большого количества энергии, имеющейся в образованной плазме, и низкой энергии, требующейся для разложения карбонила никеля на никель и монооксид углерода, индукционная плазменная горелка 10 обеспечивает превосходную основу для образования никелевых и других металлических нанопорошков.
Поскольку температура разложения газообразного карбонила никеля составляет примерно 200°C, что значительно ниже температуры плавления никелевого порошка (1453°C), то для данного процесса на базе карбонила требуется существенно меньшая энергия по сравнению с обычными процессами с использованием твердотельных металлических исходных материалов. Это означает, что для данной энергии плазмы могут быть реализованы повышенные уровни производительности при использовании в качестве исходного материала карбонила никеля в отличие от никелевого порошка в качестве исходного материала. Посредством комбинирования высоких температур плазмы и низкой температуры разложения обеспечиваются высокие скорости нагревания и охлаждения. Это приводит к быстрому зарождению и образованию малых частиц с улучшенной сферической морфологией и степенью кристалличности.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения газообразный карбонил металла вместе с газом-носителем или разбавляющим газом, таким как гелий, аргон, азот, водород, монооксид углерода и т.п. либо единственным, либо в комбинации, вводится в осевом направлении из подающего узла 12 в центральную трубу 14 горелки 10. Газ для образования плазмы, такой как гелий, аргон, азот, водород, монооксид углерода и т.п., единственный или в виде комбинации газов, из источника 16 газа для образования плазмы подается по трубе 18 в горелку 10 с целью электромагнитного воздействия на данный газ и создания индуктивно-связанной плазмы. Экранирующий газ, такой как гелий, аргон, азот, водород, монооксид углерода и т.п., единственный или в виде комбинации газов, подается в горелку 10 по трубе 22 из источника 20 экранирующего газа. Экранирующий газ изолирует карбонил от горячей внутренней стенки горелки 10 и, если это требуется, от воздействия перемешивающих компонентов структуры горелки 10.
Охлаждающая вода вводится для циркуляции вокруг РЧ индукционной катушки 24 через впускное отверстие 26 и затем выпускается через выпускное отверстие 28 для охлаждающей воды.
После активизации горелки 10 газообразный карбонил металла вводится в камеру 32 посредством центральной трубы 14.
Карбонил металла подвергается чрезвычайно быстрому разложению и охлаждению ниже конца 30 центральной трубы 14 в камере 32. Время пребывания регулируется геометрией сопла, расположением и скоростью потока газа и может составлять настолько малую величину, как несколько миллисекунд, например, 0,001 секунды, или быть настолько большим, как примерно 10 секунд.
Температура на конце 30 составляет примерно 11000 K. Такая высокая температура, создаваемая генерацией РЧ импульсов индукционной катушкой 24, ионизирует газ с образованием плазмы внутри объема реактора 10. Температуры могут быть отрегулированы от примерно 3000 до 11000 K.
Ультратонкие (или наноразмерные) металлические порошки 36 выбрасываются из выпускного сопла 34 горелки 10 в реактор (не показан), в котором они обрабатываются и затем собираются после прохождения через фильтры, такие как фильтрующие элементы из спеченного металла и другие аппаратные средства, известные в данной области техники.
Поскольку карбонил металла быстро разлагается, и чистый металл быстро охлаждается, то результирующее гомогенное зародышеобразование приводит к образованию очень тонкого аэрозоля. Распределение частиц по размерам и кристаллическая структура нанопорошка являются функциями скорости охлаждения аэрозоля, вида охлаждающего газа и состава или концентрации исходного газообразного карбонила металла. Обычно для изготовления чистого металлического порошка используются инертные охлаждающие газы, такие как аргон или азот. Реакционноспособные охлаждающие газы, такие как кислород, аммиак или метан, дают возможность синтеза ультратонких оксидов, нитридов или карбидов.
Что касается энергии плазмы, в типичной горелке мощностью 64 кВт эффективность передачи энергии от индуктора составляет примерно 65%, и «общая» эффективность (с учетом всех потерь при охлаждении и нагревании и эффективность передачи энергии от индуктора) составляет 30%, обеспечивая «чистую» мощность, которой обладает плазма, примерно 19 кВт. Лишь часть этой мощности используется для разложения карбонила (остальная энергия главным образом нагревает газы и результирующий металлический порошок), что, соответственно, дает конечную эффективность процесса в целом примерно 14%. Плазменное устройство мощностью 64 кВт, как ожидается, производит примерно 5 кг металлического нанопорошка в час.
Чтобы оценить эффективность данного изобретения проводили серию испытаний опытных образцов.
При этом использовали индукционную плазменную горелку Tekna Plasma Systems Inc. PL-50 вместе с расположенными за ней циклоном и пылеуловителем с рукавными фильтрами, чтобы извлечь металлические порошки. Мощность на аноде горелки составляла 24-65 кВт. Экранирующим газом являлась смесь гелия/аргона, подаваемая при 40 л/мин / 100 л/мин и 12 фунтов/кв. дюйм абс. давл. (82,7 кПа). Карбонил никеля и гелий с монооксидом углерода в соотношении 20:1 в качестве газа-носителя подавали при 20 л/мин и 0-5 фунтов/кв. дюйм изб. давл. (34,5 кПа).
Результаты испытаний представлены в Табл. 1 и 2.
Таблица 1
Тест Распо-ложение образца PSD по объему, микрометры PSD по числу частиц, микрометры C
мас.%		 O
мас.%		 БЭТ г/м2 TD г/см3
D10 D50 D90 D100 D10 D50 D90 D100
1 Фильтр 0,178 0,446 0,969 нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных 9,4 нет данных
2 Фильтр 0,188 0,523 1,083 нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных 9 нет данных
3 нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных нет данных
4 Фильтр 0,116 0,278 0,681 1,48 0,046 0,087 0,178 0,61 0,15 2,05 9,6 0,9
  Циклон 0,18 0,632 4,306 16,38 0,045 0,091 0,211 0,9 0,16 2,45 8,9 нет данных
5 Фильтр 0,116 0,268 0,62 1,33 0,047 0,089 0,182 0,59 0,14 1,97 8,83 нет данных
6 Фильтр 0,158 0,345 0,741 1,48 0,081 0,134 0,263 0,78 0,1 0,98 5,43 нет данных
7 Фильтр 0,169 0,363 0,763 1,47 0,094 0,15 0,288 0,83 0,17 0,71 4,59 1,8
8 Фильтр 0,154 0,341 0,75 1,73 0,079 0,131 0,257 0,77 0,1 0,96 5,77 1,1
PSD = Гранулометрический состав, измеренный прибором Malvern® Mastersizer 2000
БЭТ = Площадь поверхности по данным измерения абсорбции газа (по Брунауэру, Эмметту и Теллеру), г/м2
TD = Плотность утряски, г/см3
Таблица 2
Номер теста 4 5 6 7 8
Размер кристаллитов (Å) (по уравнению Шеррера) 688 763 1000 737 854
Фиг. 2 представляет потенциальное коммерческое устройство.
Газообразный карбонил металла 40 и газ-носитель 42, такой как гелий и монооксид углерода, вводят в индукционную плазменную горелку 44. Газ 46 для образования плазмы, обычно аргон, и экранирующий газ 48, обычно аргон и водород, подают в горелку 44.
После выпуска из горелки 44 ультратонкие частицы металла обрабатывают охлаждающим газом 50, обычно аргоном и азотом в реакторе 52, чтобы охладить частицы и, если это требуется, провести реакционное взаимодействие с частицами.
После достаточного охлаждения частицы направляют в фильтр 54, который может быть, например, циклоном и/или пылеуловителем с рукавными фильтрами. Конечный продукт собирают в контейнере 56.
Оставшиеся технологические и образуемые газы разделяют на первой стадии разделения сепаратором 58. Технологические газы, в основном газ-носитель, газ для образования плазмы, экранирующий газ и охлаждающий газ, направляют на вторую стадию разделения сепаратором 60 для последующей обработки. Монооксид углерода, основной газообразный побочный продукт реакции разложения в горелке 44, направляют в каталитический конвертер 62, в котором он разлагается на углерод и кислород или окисляется до CO2 и удаляется в качестве отходящего газа 64. При необходимости подают воздух 66. В качестве варианта, монооксид углерода может быть использован повторно для дополнительного производства карбонила металла.
Фиг. 3 представляет собой микрофотографию высокого разрешения, сделанную сканирующим электронным микроскопом («SEM») для продажного никелевого порошка, который изготовлен обычным способом с использованием карбонила. Заметно, что частицы имеют в некоторой степени остроконечные участки.
Фиг. 4 представляет собой микрофотографию высокого разрешения, сделанную SEM для продажного никелевого порошка, который изготовлен способом CVD с использованием хлорида никеля. Заметна нерегулярная куполовидная структура частиц.
Фиг. 5 представляет собой микрофотографию высокого разрешения, сделанную SEM для никелевых порошков, которые изготовлены в соответствии с данным изобретением. Заметно, что частицы обладают регулярной сферической структурой. Большое число частиц является в основном сферическими.
Хотя данное изобретение направлено главным образом на изготовление никелевого нанопорошка, оно применимо к любому карбонилу металла, такому как карбонил железа, меди, кобальта, хрома, молибдена, вольфрама и рутения. Кроме того, в горелку 10 может быть введен карбонил металла как в жидкой, так и в газообразной форме.
В соответствии с предписаниями законодательства в представленном документе проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления данного изобретения. В то же время специалистам в данной области техники понятно, что могут быть сделаны изменения в вариантах осуществления изобретения, которые охватываются формулой изобретения, и что некоторые отличительные признаки данного изобретения могут иногда быть использованы для предоставления преимущества без соответствующего использования других отличительных признаков.

Claims (18)

1. Способ изготовления металлических нанопорошков, включающий:
a) обеспечение наличия карбонила металла,
b) введение карбонила металла в индукционную плазменную горелку,
c) проведение разложения карбонила металла внутри индукционной плазменной горелки с образованием наноразмерных металлических частиц,
d) быстрое охлаждение наноразмерных металлических частиц, осуществляемое газом для быстрого охлаждения в реакторе, расположенном с выходной стороны плазменной горелки, и
e) сбор наноразмерных частиц,
причем наноразмерные частицы металла являются, по существу, сферическими.
2. Способ по п.1, в котором карбонил металла является по меньшей мере одним карбонилом, выбранным из группы, состоящей из карбонила никеля, карбонила железа, карбонила меди, карбонила кобальта, карбонила хрома, карбонила молибдена, карбонила вольфрама и карбонила рутения.
3. Способ по п.1, в котором карбонил металла смешивают с газом-носителем.
4. Способ по п.3, в котором газ-носитель является по меньшей мере одним газом, выбранным из группы, состоящей из гелия, аргона, азота, водорода и монооксида углерода.
5. Способ по п.1, в котором газ для образования плазмы вводят в плазменную горелку.
6. Способ по п.5, в котором газ для образования плазмы является по меньшей мере одним газом, выбранным из группы, состоящей из гелия, аргона, азота и водорода.
7. Способ по п.1, в котором в качестве экранирующего газа выбирают по меньшей мере один газ из группы, состоящей из гелия, аргона, азота и водорода.
8. Способ по п.1, в котором в качестве газа для быстрого охлаждения выбирают по меньшей мере один газ из группы, состоящей из аргона, азота, кислорода, аммиака и метана.
9. Способ по п.1, в котором карбонил металла подвергают воздействию температуры примерно 3000-11000 К в индукционной плазменной горелке.
10. Способ по п.1, в котором карбонил металла находится в индукционной плазменной горелке в течение примерно 0,001-10 с.
11. Способ по п.1, в котором наноразмерные частицы отфильтровывают.
12. Способ по п.1, в котором температура индукционной плазменной горелки составляет 11000 К.
13. Способ по п.1, в котором карбонил металла является газом.
14. Способ по п.1, в котором карбонил металла является жидкостью.
15. Способ по п.1, в котором частицы металлических нанопорошков имеют типичный средний диаметр в интервале от примерно 1 до 100 нм.
16. Металлические нанопорошки с, по существу, сферическими частицами, изготовленные введением карбонила металла в индукционную плазменную горелку, разложением карбонила металла внутри индукционной плазменной горелки и образованием металлических наночастиц и быстрым охлаждением наноразмерных металлических частиц, осуществляемых с помощью газа для быстрого охлаждения в реакторе, расположенном с выходной стороны плазменной горелки.
17. Металлические нанопорошки с, по существу, сферическими частицами по п.16, в которых карбонил металла является по меньшей мере одним карбонилом, выбранным из группы, состоящей из газа и жидкости.
18. Металлические нанопорошки с, по существу, сферическими частицами по п.17, в которых карбонил металла является по меньшей мере одним карбонилом, выбранным из группы, состоящей из карбонила никеля, карбонила железа, карбонила меди, карбонила кобальта, карбонила хрома, карбонила молибдена, карбонила вольфрама и карбонила рутения.
RU2008152775/02A 2006-06-01 2007-05-31 Способ получения металлических нанопорошков разложением карбонила металла при использовании индукционной плазменной горелки RU2457925C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/444,793 US7967891B2 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Method producing metal nanopowders by decompositon of metal carbonyl using an induction plasma torch
US11/444,793 2006-06-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008152775A RU2008152775A (ru) 2010-07-27
RU2457925C2 true RU2457925C2 (ru) 2012-08-10

Family

ID=38778073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008152775/02A RU2457925C2 (ru) 2006-06-01 2007-05-31 Способ получения металлических нанопорошков разложением карбонила металла при использовании индукционной плазменной горелки

Country Status (9)

Country Link
US (2) US7967891B2 (ru)
EP (1) EP2040867B1 (ru)
JP (1) JP5622389B2 (ru)
KR (1) KR101237826B1 (ru)
CN (1) CN101678461B (ru)
CA (1) CA2654013C (ru)
DE (1) DE07719887T1 (ru)
RU (1) RU2457925C2 (ru)
WO (1) WO2007137431A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2693244C2 (ru) * 2014-03-11 2019-07-01 Текна Плазма Системз Инк. Способ и устройство для получения порошковых частиц путем атомизации сырьевого материала в форме удлиненного элемента
RU2719211C1 (ru) * 2019-08-12 2020-04-17 Андрей Валерьевич Шеленин Устройство для восстановления металлов из минералов
RU2783096C1 (ru) * 2021-07-23 2022-11-08 Общество с ограниченной ответственностью "АЛИПЛАЗ" Способ получения металлических и керамических порошков с заданной формой и размером частиц, с применением технологии плазменно-дугового распыления с водяным экраном и устройство для его осуществления

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7803210B2 (en) * 2006-08-09 2010-09-28 Napra Co., Ltd. Method for producing spherical particles having nanometer size, crystalline structure, and good sphericity
US8748785B2 (en) * 2007-01-18 2014-06-10 Amastan Llc Microwave plasma apparatus and method for materials processing
WO2009151489A2 (en) * 2008-02-25 2009-12-17 Corning Incorporated Nanomaterial and method for generating nanomaterial
JP5768322B2 (ja) * 2010-03-19 2015-08-26 住友金属鉱山株式会社 ニッケル微粉及びその製造方法
WO2011127417A2 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 Elemental Scientific, Inc. Torch assembly
CN101837461B (zh) * 2010-05-18 2012-03-28 张耀平 等离子喷雾生产金属粉末的方法
EP2425916B1 (en) * 2010-09-01 2014-11-12 Directa Plus S.p.A. Multiple feeder reactor for the production of nanoparticles of metal
JP2012101958A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Furukawa Electric Co Ltd:The ナノサイズ粒子、ナノサイズ粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、ナノサイズ粒子の製造方法
JP5656570B2 (ja) * 2010-11-08 2015-01-21 古河電気工業株式会社 リチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法
JP2012102354A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Furukawa Electric Co Ltd:The ナノサイズ粒子、ナノサイズ粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、ナノサイズ粒子の製造方法
KR101648250B1 (ko) * 2010-11-08 2016-08-12 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 리튬이온이차전지용 부극에 이용하는 나노사이즈 입자 및 그 제조방법
JP5679204B2 (ja) 2011-09-02 2015-03-04 昭栄化学工業株式会社 金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、導体ペースト、セラミック積層電子部品
CN102632249B (zh) * 2012-03-29 2013-07-31 洛阳开拓者投资管理有限公司 一种制备金属钼粉的方法
US10477665B2 (en) * 2012-04-13 2019-11-12 Amastan Technologies Inc. Microwave plasma torch generating laminar flow for materials processing
CN102717065A (zh) * 2012-06-05 2012-10-10 金川集团股份有限公司 一种制备镍包铝粉的方法
RU2509626C1 (ru) * 2012-09-05 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Способ получения нанодисперсных порошков металлов или их сплавов
CZ2012646A3 (cs) 2012-09-19 2014-02-19 Vysoké Učení Technické V Brně Způsob přípravy magneticky vodivých prášků s využitím kavitace a zařízení k provádění tohoto způsobu
US9427821B2 (en) * 2013-03-15 2016-08-30 Agilent Technologies, Inc. Integrated magnetron plasma torch, and related methods
CN104772472B (zh) * 2014-01-14 2017-04-12 仙资堂生技股份有限公司 制备纳米金属材的方法及其制得的纳米金属材
US9951420B2 (en) 2014-11-10 2018-04-24 Sol Voltaics Ab Nanowire growth system having nanoparticles aerosol generator
TWI586460B (zh) * 2015-01-30 2017-06-11 Fuji Kihan Co Ltd Surface treatment of powdered metallic materials
KR101721565B1 (ko) 2015-06-25 2017-04-18 한국기계연구원 이중 주파수 전력 구동 유도결합 플라즈마 토치 및 이를 이용한 나노 입자 생성 장치
AU2016297700B2 (en) * 2015-07-17 2021-08-12 Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. Plasma atomization metal powder manufacturing processes and systems therefore
JP6573563B2 (ja) 2016-03-18 2019-09-11 住友金属鉱山株式会社 ニッケル粉末、ニッケル粉末の製造方法、およびニッケル粉末を用いた内部電極ペーストならびに電子部品
EP3442726B1 (en) 2016-04-11 2023-01-04 AP&C Advanced Powders And Coatings Inc. Reactive metal powders in-flight heat treatment processes
CN106082362A (zh) * 2016-06-22 2016-11-09 金川集团股份有限公司 一种提高轻质羰基镍粉粒度的方法
CN106623981B (zh) * 2016-09-30 2018-11-06 九江波德新材料研究有限公司 一种利用等离子分解制备一氧化铌与铌粉混合物的方法
US10454114B2 (en) 2016-12-22 2019-10-22 The Research Foundation For The State University Of New York Method of producing stable, active and mass-producible Pt3Ni catalysts through preferential co etching
WO2018157256A1 (en) 2017-03-03 2018-09-07 HYDRO-QUéBEC Nanoparticles comprising a core covered with a passivation layer, process for manufacture and uses thereof
US10763165B2 (en) * 2017-04-18 2020-09-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Conductive powder formation method, device for forming conductive powder, and method of forming semiconductor device
CN108253422B (zh) * 2018-03-20 2023-10-13 苏州新耀环保科技有限公司 一种等离子体垃圾焚烧炉
CN109530720A (zh) * 2018-11-19 2019-03-29 金川集团股份有限公司 一种利用等离子生产超细羰基铁粉的方法
CN110014145B (zh) * 2019-04-18 2020-10-23 北京科技大学 一种球形铁素体基粉末的制备方法
CN110198590B (zh) * 2019-06-26 2022-05-10 中国人民解放军陆军装甲兵学院 磁控等离子体鞘层特性研究方法
CN113695588B (zh) * 2021-08-30 2023-12-26 炭索未来(广东)生态环境科技有限公司 一种高活性零价铁复合材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU149224A1 (ru) * 1960-04-20 1961-11-30 Н.А. Белозерский Способ получени карбонилов металлов хрома, молибдена и вольфрама и производство порошков этих металлов
SU1589327A1 (ru) * 1988-04-14 1990-08-30 Клиника Хирургических Болезней Института Кибернетики Ан Гсср Способ получени магнитоуправл емого композиционного материала
US6689192B1 (en) * 2001-12-13 2004-02-10 The Regents Of The University Of California Method for producing metallic nanoparticles
RU2252817C1 (ru) * 2003-12-23 2005-05-27 Институт проблем химической физики Российской Академии наук Установка и способ получения нанодисперсных порошков в плазме свч разряда

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62102827A (ja) * 1985-10-29 1987-05-13 Natl Res Inst For Metals 金属窒化物微粒子の製造法
US4808216A (en) * 1987-04-25 1989-02-28 Mitsubishi Petrochemical Company Limited Process for producing ultrafine metal powder
JPH01188416A (ja) * 1988-01-19 1989-07-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 酸化物系超電導粉体の製造方法
JP2545716B2 (ja) * 1989-03-04 1996-10-23 工業技術院長 ＦｅーＳｉーＣ系超微粒子の製造法
JPH0459903A (ja) * 1990-06-28 1992-02-26 Tdk Corp 強磁性超微粒子の製造方法、生理活性物質固定化用強磁性超微粒子および生理活性物質固定化強磁性超微粒子
US5200595A (en) * 1991-04-12 1993-04-06 Universite De Sherbrooke High performance induction plasma torch with a water-cooled ceramic confinement tube
DE4214723C2 (de) * 1992-05-04 1994-08-25 Starck H C Gmbh Co Kg Feinteilige Metallpulver
US5413821A (en) * 1994-07-12 1995-05-09 Iowa State University Research Foundation, Inc. Process for depositing Cr-bearing layer
US6569397B1 (en) * 2000-02-15 2003-05-27 Tapesh Yadav Very high purity fine powders and methods to produce such powders
WO1998019965A1 (en) * 1996-11-04 1998-05-14 Materials Modification, Inc. Microwave plasma chemical synthesis of ultrafine powders
DE19706524A1 (de) * 1997-02-19 1998-08-20 Basf Ag Feinteiliges phosphorhaltiges Eisen
CA2335177A1 (en) 1998-06-26 2000-01-06 The Procter & Gamble Company Breathable urine collector
US6552295B2 (en) * 1999-12-20 2003-04-22 Research Triangle Institute Plasma furnace disposal of hazardous wastes
KR100483886B1 (ko) * 2002-05-17 2005-04-20 (주)엔피씨 나노분말 양산용 고주파 유도 플라즈마 반응로
US7357910B2 (en) * 2002-07-15 2008-04-15 Los Alamos National Security, Llc Method for producing metal oxide nanoparticles
US7585349B2 (en) * 2002-12-09 2009-09-08 The University Of Washington Methods of nanostructure formation and shape selection
CN1217734C (zh) * 2003-05-13 2005-09-07 武汉化工学院 一种用等离子体法制备纳米氮杂氧化钛的方法
US7494527B2 (en) * 2004-01-26 2009-02-24 Tekna Plasma Systems Inc. Process for plasma synthesis of rhenium nano and micro powders, and for coatings and near net shape deposits thereof and apparatus therefor
DE112005001429T5 (de) * 2004-06-18 2007-04-26 Innovalight, Inc., St. Paul Verfahren und Vorrichtung zum Bilden von Nanopartikeln unter Verwendung von Hochfrequenzplasmen
US7329301B2 (en) 2004-09-29 2008-02-12 Eastman Kodak Company Silver nanoparticles made in solvent
US20060225534A1 (en) * 2004-10-13 2006-10-12 The Research Foundation Of State University Of New York Production of nickel nanoparticles from a nickel precursor via laser pyrolysis
US7575621B2 (en) 2005-01-14 2009-08-18 Cabot Corporation Separation of metal nanoparticles
US20070085053A1 (en) * 2005-10-14 2007-04-19 Gergely John S Process for preparing superparamagnetic transition metal nanoparticles
US7625637B2 (en) * 2006-05-31 2009-12-01 Cabot Corporation Production of metal nanoparticles from precursors having low reduction potentials
JP2009095685A (ja) * 2007-10-12 2009-05-07 Tokyo Electron Ltd 粉体製造装置および方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU149224A1 (ru) * 1960-04-20 1961-11-30 Н.А. Белозерский Способ получени карбонилов металлов хрома, молибдена и вольфрама и производство порошков этих металлов
SU1589327A1 (ru) * 1988-04-14 1990-08-30 Клиника Хирургических Болезней Института Кибернетики Ан Гсср Способ получени магнитоуправл емого композиционного материала
US6689192B1 (en) * 2001-12-13 2004-02-10 The Regents Of The University Of California Method for producing metallic nanoparticles
RU2252817C1 (ru) * 2003-12-23 2005-05-27 Институт проблем химической физики Российской Академии наук Установка и способ получения нанодисперсных порошков в плазме свч разряда

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENG QILIN et al. Preparation of nano Mo powder by microwave plasma. Journal of East China university of science and technology. 1998-06. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2693244C2 (ru) * 2014-03-11 2019-07-01 Текна Плазма Системз Инк. Способ и устройство для получения порошковых частиц путем атомизации сырьевого материала в форме удлиненного элемента
US10688564B2 (en) 2014-03-11 2020-06-23 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
US11059099B1 (en) 2014-03-11 2021-07-13 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
US11110515B2 (en) 2014-03-11 2021-09-07 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
US11565319B2 (en) 2014-03-11 2023-01-31 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
US11638958B2 (en) 2014-03-11 2023-05-02 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
US11951549B2 (en) 2014-03-11 2024-04-09 Tekna Plasma Systems Inc. Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
RU2719211C1 (ru) * 2019-08-12 2020-04-17 Андрей Валерьевич Шеленин Устройство для восстановления металлов из минералов
RU2783096C1 (ru) * 2021-07-23 2022-11-08 Общество с ограниченной ответственностью "АЛИПЛАЗ" Способ получения металлических и керамических порошков с заданной формой и размером частиц, с применением технологии плазменно-дугового распыления с водяным экраном и устройство для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
CN101678461B (zh) 2014-05-21
KR20090078739A (ko) 2009-07-20
KR101237826B1 (ko) 2013-03-04
EP2040867A4 (en) 2010-07-21
US20070277648A1 (en) 2007-12-06
CA2654013A1 (en) 2007-12-06
US7967891B2 (en) 2011-06-28
EP2040867B1 (en) 2012-08-15
RU2008152775A (ru) 2010-07-27
CA2654013C (en) 2013-03-05
JP2009538981A (ja) 2009-11-12
EP2040867A1 (en) 2009-04-01
DE07719887T1 (de) 2009-11-12
JP5622389B2 (ja) 2014-11-12
US20110277590A1 (en) 2011-11-17
WO2007137431A1 (en) 2007-12-06
CN101678461A (zh) 2010-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2457925C2 (ru) Способ получения металлических нанопорошков разложением карбонила металла при использовании индукционной плазменной горелки
EP1843834B1 (en) Induction plasma synthesis of nanopowders
US7910048B2 (en) Apparatus for plasma synthesis of rhenium nano and micro powders
Zhang et al. Single-step pathway for the synthesis of tungsten nanosized powders by RF induction thermal plasma
US8062406B2 (en) Process for producing metallic ultrafine powder
RU2489232C1 (ru) Способ получения наноразмерного порошка металла
US9630162B1 (en) Reactor and method for production of nanostructures
US20120027955A1 (en) Reactor and method for production of nanostructures
US8029595B2 (en) Method and apparatus of producing nanoparticles using nebulized droplet
Samokhin et al. Tungsten carbide and vanadium carbide nanopowders synthesis in DC plasma reactor
KR102292897B1 (ko) 니켈 분말
JP2009285537A (ja) 微粒子の製造方法およびそれに用いる製造装置
KR100414552B1 (ko) 다층세라믹 전자부품
Ebin et al. Synthesis and characterization of nickel particles by hydrogen reduction assisted ultrasonic spray pyrolysis (USP-HR) method
CN108473335B (zh) 无特定比例的氧化钛微粒子的制造方法
JP2004124257A (ja) 金属銅微粒子及びその製造方法
JP2009173979A (ja) 加熱炉への原料供給方法
KR101621235B1 (ko) 열플라즈마를 이용한 입방질화붕소 나노분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 입방질화붕소 나노분말
TWI471266B (zh) 碳化物微粒子之製造方法
KR102322564B1 (ko) 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 금속산화물 나노구조체의 제조방법, 이에 따라 제조된 금속산화물 나노구조체 및 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매
WO2023223697A1 (ja) 複合粒子の製造方法及び複合粒子
Scott et al. Thermal plasma synthesis of Fe-Co alloy nanoparticles
WO2022120472A1 (en) Boron nitride nanotubes and processes for producing same
KR20160005820A (ko) 열플라즈마 제트를 이용한 질화붕소 나노분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 질화붕소 나노분말
Lützenkirchen-Hecht et al. EXAFS investigation of nanoparticles produced in a thermal plasma process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190601