TWI698399B - Metal chloride generating device and method for manufacturing metal powder - Google Patents
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Abstract
提供可防止製造裝置之破損或破壞且穩定製造金屬粉體的方法、能實現此方法的金屬氯化物生成裝置,及包含金屬氯化物生成裝置的金屬粉體之製造系統。金屬氯化物生成裝置具有:具備「具有用以將金屬導入之金屬導入口之第1加熱爐」及「與第1加熱爐連結之第2加熱爐」的氯化爐、將第1加熱爐加熱的第1加熱器及將第2加熱爐加熱的第2加熱器。第2加熱爐具有用以將金屬之氯化物之氣體排出的排出口。氯化爐具有用以將含氯之氣體導入的第1氣體導入口,第1氣體導入口為第1加熱器與第2加熱器之任一者所圍繞。To provide a method to prevent damage or destruction of the manufacturing device and to stably manufacture metal powder, a metal chloride generating device capable of realizing this method, and a metal powder manufacturing system including the metal chloride generating device. The metal chloride generation device has: a chlorination furnace equipped with "a first heating furnace with a metal inlet for introducing metal" and a "second heating furnace connected to the first heating furnace", and heating the first heating furnace The first heater and the second heater that heats the second heating furnace. The second heating furnace has a discharge port for discharging metal chloride gas. The chlorination furnace has a first gas inlet for introducing chlorine-containing gas, and the first gas inlet is surrounded by either the first heater and the second heater.
Description
本發明之實施型態之一,係關於金屬氯化物生成裝置、用以製造金屬粉體的系統,及使用此系統的金屬粉體之製造方法。One of the embodiments of the present invention relates to a metal chloride generating device, a system for producing metal powder, and a method for producing metal powder using this system.
微細的金屬粒子(金屬粉體)已利用於各種領域,舉例而言,銅或鎳、銀等展現高導電性的金屬之粉體已廣泛利用於作為堆疊陶瓷電容器(MLCC)之內部電極等電子零件的原始材料。雖已知有數個製造此種金屬粉體的方法,但可舉出氣相法作為其一例。在此方法,例如專利文獻1、2所揭露,藉由使金屬氯化物之氣體與氫等還原性氣體接觸而還原,來形成金屬粉體。Fine metal particles (metal powders) have been used in various fields. For example, powders of metals exhibiting high conductivity such as copper, nickel, and silver have been widely used as internal electrodes for stacked ceramic capacitors (MLCC). The original material of the part. Although several methods of producing such metal powders are known, a gas phase method can be cited as an example. In this method, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example, a metal chloride gas is brought into contact with a reducing gas such as hydrogen and reduced to form a metal powder.
『專利文獻』 《專利文獻1》:日本專利公告第H6-76609號公報 《專利文獻2》:日本專利公開第H10-219313號公報『Patent Literature』 "Patent Document 1": Japanese Patent Publication No. H6-76609 "Patent Document 2": Japanese Patent Publication No. H10-219313
本發明之實施型態之一,其問題之一在於要提供可防止製造裝置之破損或破壞且穩定製造金屬粉體的方法、能實現此方法的金屬氯化物生成裝置,及包含金屬氯化物生成裝置的金屬粉體之製造系統。One of the problems of one of the embodiments of the present invention is to provide a method for preventing damage or destruction of the manufacturing device and stably manufacturing metal powder, a metal chloride generating device that can realize this method, and a metal chloride generating device containing The manufacturing system of the metal powder of the device.
本發明相關之實施型態之一係金屬氯化物生成裝置。此金屬氯化物生成裝置具有:具備「具有用以將金屬導入之金屬導入口之第1加熱爐」及「與第1加熱爐連結之第2加熱爐」的氯化爐、將第1加熱爐加熱的第1加熱器及將第2加熱爐加熱的第2加熱器。第2加熱爐具有用以將金屬之氯化物之氣體排出的排出口。氯化爐具有用以將含氯之氣體導入的第1氣體導入口,第1氣體導入口為第1加熱器與第2加熱器之任一者所圍繞。One of the embodiments related to the present invention is a metal chloride generating device. This metal chloride generator has: a chlorination furnace equipped with "a first heating furnace with a metal introduction port for introducing metal" and a "second heating furnace connected to the first heating furnace", and a first heating furnace The first heater for heating and the second heater for heating the second furnace. The second heating furnace has a discharge port for discharging metal chloride gas. The chlorination furnace has a first gas inlet for introducing chlorine-containing gas, and the first gas inlet is surrounded by either the first heater and the second heater.
本發明相關之實施型態之一係金屬氯化物生成裝置。此金屬氯化物生成裝置具有「具有用以將金屬導入之金屬導入口與用以將氮導入之氣體導入口」的第1加熱爐、與第1加熱爐連結且具有用以將金屬之氯化物排出之排出口的第2加熱爐、將第1加熱爐加熱的第1加熱器、將第2加熱爐加熱的第2加熱器及用以將氮加熱的第3加熱器。One of the embodiments related to the present invention is a metal chloride generating device. This metal chloride generating device has a first heating furnace that "has a metal introduction port for introducing metal and a gas introduction port for introducing nitrogen", connected to the first heating furnace, and has a chloride for metal The second heating furnace at the discharge outlet, the first heater for heating the first heating furnace, the second heater for heating the second heating furnace, and the third heater for heating nitrogen.
本發明相關之實施型態之一係製造金屬粉體的方法。此方法包含:在以藉由第1加熱器與第2加熱器加熱的方式構成的氯化爐中,使金屬與氯氣反應以生成金屬之氯化物,以及藉由自設置於氯化爐之第1氣體導入口將含氯之氣體導入,將氯化物之蒸氣輸送至還原爐。第1氣體導入口為第1加熱器與第2加熱器之任一者所圍繞。One of the related embodiments of the present invention is a method of manufacturing metal powder. This method includes: in a chlorination furnace constructed by heating by a first heater and a second heater, reacting metal with chlorine gas to generate chlorides of the metal, and self-installing in the chlorination furnace 1 The gas inlet introduces chlorine-containing gas and transports the chloride vapor to the reduction furnace. The first gas inlet is surrounded by either the first heater and the second heater.
本發明相關之實施型態之一係製造金屬粉體的方法。此方法包含:將經加熱之氮導入氯化爐並同時在氯化爐中使金屬與氯氣反應以生成金屬之氯化物,以及使用含氯之氣體將氯化物之蒸氣輸送至還原爐。One of the related embodiments of the present invention is a method of manufacturing metal powder. The method includes: introducing heated nitrogen into a chlorination furnace and simultaneously reacting metal and chlorine gas in the chlorination furnace to generate metal chloride, and using a chlorine-containing gas to transport the chloride vapor to the reduction furnace.
本發明相關之實施型態之一係金屬氯化物生成裝置。此金屬氯化物生成裝置具有:具備「具有用以將金屬導入之金屬導入口之第1加熱爐」及「與第1加熱爐連結之第2加熱爐」的氯化爐。第2加熱爐具有用以將金屬之氯化物之氣體排出的排出口及用以將含氯之氣體導入的第1氣體導入口。One of the embodiments related to the present invention is a metal chloride generating device. This metal chloride generating device has a chlorination furnace equipped with "a first heating furnace with a metal introduction port for introducing metal" and a "second heating furnace connected to the first heating furnace". The second heating furnace has a discharge port for discharging metal chloride gas and a first gas introduction port for introducing chlorine-containing gas.
本發明相關之實施型態之一係金屬氯化物生成裝置。此金屬氯化物生成裝置具有:具備「第1加熱爐」及「與第1加熱爐連結之第2加熱爐」的氯化爐。第1加熱爐具有用以將金屬導入的金屬導入口及用以將含氯之氣體導入的第1氣體導入口。第2加熱爐具有用以將金屬之氯化物之氣體排出的排出口。第1氣體導入口在較用以將金屬導入之金屬導入口還更接近第1加熱爐與第2加熱爐之連結部的位置。金屬氯化物生成裝置亦可更具有將第1加熱爐加熱的第1加熱器。並且,第1氣體導入口亦可為第1加熱器所圍繞。One of the embodiments related to the present invention is a metal chloride generating device. This metal chloride generation device has a chlorination furnace equipped with a "first heating furnace" and a "second heating furnace connected to the first heating furnace". The first heating furnace has a metal introduction port for introducing metal and a first gas introduction port for introducing chlorine-containing gas. The second heating furnace has a discharge port for discharging metal chloride gas. The first gas introduction port is closer to the connection part of the first heating furnace and the second heating furnace than the metal introduction port for introducing metal. The metal chloride generating device may further have a first heater for heating the first heating furnace. In addition, the first gas inlet may be surrounded by the first heater.
以下參照圖式等同時說明本發明之各實施型態。惟本發明可在不脫離其要旨的範圍中以各式各樣的態樣實施,而非受以下示例之實施型態之記載內容限定解釋者。Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in various forms within the scope not departing from the gist thereof, and is not limited to the explanation by the description of the following example implementation forms.
圖式為使說明更為明確,相較於實際的態樣,對於各部分的幅寬、厚度、形狀等有示意表現的情形,但終究為一例,並非限定本發明之解釋者。在本說明書與各圖中,對於具備與有關於已出現之圖而已說明者同樣之功能的要件,有時標注相同符號,省略重複的說明。The drawing is to make the description clearer. Compared with the actual state, the drawings show schematic representations of the width, thickness, shape, etc. of each part, but it is an example after all and does not limit the interpreter of the present invention. In this specification and the figures, the same reference numerals are sometimes attached to elements that have the same functions as those described in the figures that have already appeared, and repeated descriptions are omitted.
在本說明書及申請專利範圍中,當表現「在某結構體之上或下配置其他結構體」的態樣時,簡述為「上」或「下」的情形,除非特別註記,否則定為包含:以接觸於某結構體的方式將其他結構體配置於正上或正下的情形,以及於某結構體之上方或下方更中介另外的結構體而配置其他結構體的情形二者。並且,上述結構體之配置主要係依據金屬之氯化物之氣體的移動順序來說明,亦包含稱為上的結構體與稱為下的結構體定位成例如水平的情形。In this specification and the scope of the patent application, when the state of "arranging other structures on or under a certain structure" is simply described as "up" or "down", unless otherwise noted, it is defined as Including: the case where other structures are arranged directly above or below by contacting a certain structure, and the case where other structures are arranged above or below a certain structure by interposing another structure. In addition, the arrangement of the above-mentioned structure is mainly explained based on the movement sequence of the metal chloride gas, and it also includes the case where the structure called the upper and the structure called the lower are positioned horizontally, for example.
(第1實施型態)(First implementation type)
茲說明本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置110及包含其之金屬粉體製造系統(以下簡稱為系統)100。The metal chloride generating
1.整體構造1. Overall structure
於圖1繪示系統100之構造的概要。系統100具備金屬氯化物生成裝置110與還原爐200作為主要的構造。雖未圖示,但系統100亦可更具備接續於還原爐200的分離裝置300,或者接續於還原爐200或分離裝置300的袋濾器等回收裝置。金屬氯化物生成裝置110與還原爐200係藉由第1輸送管112連結,還原爐200與分離裝置300係藉由第2輸送管202連結。The outline of the structure of the
金屬氯化物生成裝置110具有藉由0價之金屬與氯氣的反應來生成金屬之氯化物(以下簡稱為氯化物)之功能作為功能之一。氯化物在金屬氯化物生成裝置110內存在為氣體(蒸氣),依金屬之種類或反應條件而有一部分存在為液體。氯化物之蒸氣通過第1輸送管112導入還原爐200。作為金屬,可使用銅或銀、鎳等。所使用之金屬的形狀並無限制,可使用例如顆粒狀、線狀、板狀之金屬。The metal
還原爐200與第1輸送管112接續,並具有用以將自金屬氯化物生成裝置110輸送之氯化物之蒸氣導入還原爐200內的氣體導入口(第5氣體導入口)204。還原爐200更具備用以將係為用於氯化物還原之還原性氣體的氫或肼、氨、甲烷等導入的氣體導入口(第6氣體導入口)206。在還原爐200內,氯化物還原,藉此生成金屬粉體。於還原爐200自外部中介未圖示之氣體導入口導入氮氣等惰性氣體,藉此生成之金屬粉體在冷卻的同時,通過第2輸送管202往分離裝置300或回收裝置輸送。The
雖勉予省略詳細的說明,但分離裝置300具有藉由將金屬粉體所包含之凝聚物或在還原爐200內副產之金屬之燒結物去除來純化金屬粉體的功能。回收裝置設置成用以將經純化的金屬粉體自氮氣單獨分離。於圖1雖未詳細繪示,但如後所述,於金屬氯化物生成裝置110設置有用以將各種氣體導入的氣體導入口。Although detailed description is omitted, the
2.金屬氯化物生成裝置2. Metal chloride generator
金屬氯化物生成裝置110的剖面示意圖繪示於圖2。金屬氯化物生成裝置110具有氯化爐120、設置成圍繞氯化爐120且用以將氯化爐120加熱的第1加熱器160與第2加熱器162作為主要的構造。第1加熱器160與第2加熱器162能夠分別獨立控制。A schematic cross-sectional view of the metal chloride generating
氯化爐120具備第1加熱爐122與第2加熱爐124。在圖2所示之例,第2加熱爐124雖位於第1加熱爐122之下,但亦可將第1加熱爐122與第2加熱爐124水平配置。並且,還原爐200也是亦可設置於第1加熱爐122或第2加熱爐124之下(參照圖1),或者亦可將此等水平配置。並且,在圖2所示之例,第1加熱爐122與第2加熱爐124的連結部123的內徑小於其他部分,但亦可如圖3所示,自第1加熱爐122至第2加熱爐124,氯化爐120的內徑相同。或者,亦可第1加熱爐122與第2加熱爐124的內徑相異。The
氯化爐120亦可具有區分第1加熱爐122與第2加熱爐124的分隔部件126(參照圖3)作為任意構造。亦即,氯化爐120亦可具備第1加熱爐122及藉由分隔部件126來與第1加熱爐122連結的第2加熱爐124。分隔部件126具備有至少一個開孔,藉此,導入第1加熱爐122或第2加熱爐124的氣體、由此等生成之氯化物之蒸氣可穿過分隔部件126。雖勉予省略詳細的說明,但開孔的數量或大小、配置等,考量反應條件或氯化物之蒸氣壓、所使用之金屬的形狀或大小等而適當設計即可。並且,在生成熔融之氯化物的情況下,以液狀之氯化物可穿過分隔部件126的方式設計分隔部件126即可。於圖3,繪示有金屬做成顆粒114並於第1加熱爐122內配置於分隔部件126上的態樣。The
作為使用於氯化爐120之材料,可利用石英或陶瓷等,可考量所使用之金屬或其氯化物之熔點而選擇。作為使用於分隔部件126之材料,可列舉例如:石英或氧化鋁、氧化鋯等金屬或半金屬的氧化物、陶瓷、氮化硼等氮化物、石墨等。As the material used in the
如圖2所示,於第1加熱爐122具有用以將金屬導入第1加熱爐122的金屬導入口128。用於氯化的含氯之氣體,亦可使用金屬導入口128導入第1加熱爐122。或者,亦可設置氣體導入口(第3氣體導入口)130作為任意構造,中介閥132而將含氯之氣體導入。含氯之氣體亦可包含用以將氯稀釋的氮或氬、氦等惰性氣體。藉由使用含惰性氣體與氯之氣體(以下亦稱為混合氣體),能輕易且精密控制氯的量。在圖2所示之例,第3氣體導入口130為第1加熱器160所圍繞,但第3氣體導入口130亦可自第1加熱器160露出而不為第1加熱器160所圍繞。As shown in FIG. 2, the
第1加熱爐122係藉由第1加熱器160加熱,配置於第1加熱爐122內之金屬與自金屬導入口128及/或第3氣體導入口130導入之氯氣反應,產出金屬之氯化物。氯化物依金屬之種類而在氯化爐120內存在為氣體(蒸氣),或者取得氣體與液體之間的平衡狀態。在後者的情況下,氯化物係一部分為熔融狀態,一部分存在為蒸氣。在第1加熱爐122內生成之熔融氯化物與氯化物之蒸氣,中介連結部123(在設置分隔部件126的情況下為其開孔)往第2加熱爐124移動。The
第2加熱爐124具有「將在第1加熱爐122生成之氯化物之蒸氣輸送至還原爐200」之功能及「在生成熔融之氯化物的情況下將之氣化以生成氯化物之蒸氣並將之輸送至還原爐200」之功能作為主要功能。第2加熱爐124為第2加熱器162所圍繞而加熱。如上已述,第1加熱器160與第2加熱器162係獨立控制,可分別以相異的溫度加熱第1加熱爐122與第2加熱爐124。以第2加熱爐124之溫度呈較第1加熱爐122之溫度還高的方式驅動第1加熱器160與第2加熱器162。舉例而言,藉由以第2加熱爐124之溫度呈200~300℃之高的方式控制第1加熱爐122與第2加熱爐124之溫度,即使在生成熔融之氯化物而自第1加熱爐122往第2加熱爐124移動的情況下,仍可使氯化物在第2加熱爐124內迅速氣化。The
此外,為了使熔融之氯化物有效率氣化,亦可於第2加熱爐124內填充氣化輔助材140。作為氣化輔助材140,係「包含例如:石英或氧化鋁、氧化鋯等金屬或半金屬的氧化物、陶瓷、氮化硼等氮化物、石墨」之粒子或顆粒,藉此,可提供用以將熔融之氯化物氣化的廣大加熱面積。In addition, in order to efficiently vaporize the molten chloride, the
第2加熱爐124具有用以將在第1加熱爐122或第2加熱爐124生成之氯化物之蒸氣往還原爐200輸送的排出口134。再者,於氯化爐120,更詳細而言,於第1加熱爐122與第2加熱爐124之至少任一者設置有用以將含氯之氣體導入的氣體導入口(第1氣體導入口)136。第1氣體導入口136亦可配置成為第1加熱器160與第2加熱器162之任一者所圍繞。在圖2所示之例,第1氣體導入口136設置於第2加熱爐124,為第2加熱器162所圍繞。第1氣體導入口136進一步中介閥138,而與未圖示之氯氣源(氣體鋼瓶等)接續。中介第1氣體導入口136而導入的含氯之氣體,亦可包含惰性氣體。The
用以將氯化物之蒸氣往還原爐200輸送的排出口134,以配置於較第2加熱爐124之底部還高的位置為符合期望。此係因要防止熔融之氯化物在未氣化的狀態流入還原爐200之故。It is desirable that the
在將第1氣體導入口136設置於第2加熱爐124的情況下,第1氣體導入口136可配置於較排出口134還低的位置(更遠離第1加熱爐122的位置)。此係因:由於熔融之氯化物容易蓄積於第2加熱爐124之下部,故藉由自第2加熱爐124之下部將含氯之氣體導入,可有效率將氯化物之氣體往排出口134導入之故。When the first
自金屬導入口128或第1氣體導入口136、第3氣體導入口130導入的含氯之氣體,對氯化爐120賦予正壓。職是,在氯化爐120生成之氯化物之蒸氣,藉由此正壓中介排出口134導入第1輸送管112,往還原爐200輸送。自金屬導入口128或第3氣體導入口130導入之氯,其全部或大部分係藉由與金屬之反應來消耗。然而,自第1氣體導入口136導入之氯,若與自金屬導入口128或第3氣體導入口130導入之氯相比,對於與金屬之反應的貢獻較小,消耗率較小。因此,氯化物之蒸氣,至少與中介第1氣體導入口136而加入之氯接觸,同時往還原爐200輸送。The chlorine-containing gas introduced from the
如上所述,往還原爐200輸送之氯化物,在還原爐200內還原而產出金屬粉末。所獲得之金屬粉末進一步往分離裝置300輸送並純化,進一步藉由回收裝置單獨分離。As described above, the chloride delivered to the
3.氯之貢獻3. The contribution of chlorine
在本實施型態之系統100之金屬氯化物生成裝置110,中介金屬導入口128或第3氣體導入口130導入含氯之氣體。此氣體係為了賦予用以將金屬氯化及用以將生成之氯化物之蒸氣輸送至第2加熱爐124的正壓而導入。In the metal
另一方面,在金屬氯化物生成裝置110,進一步中介第1氣體導入口136將含氯之氣體導入第2加熱爐124,對於氯化爐120賦予正壓。藉此,可有效率將氯化物之蒸氣送進排出口134,將氯化物之蒸氣迅速往還原爐200輸送。其結果,可抑制:氯化物殘存於第2加熱爐124,或者在第2加熱爐124或第1輸送管112內氯化物固化、析出這樣的缺陷。並且,亦可同時防止中介第6氣體導入口206而導入還原爐200之還原性氣體逆流過第1輸送管112。職是,亦可防止在第1輸送管112內氯化物還原而金屬析出使第1輸送管112堵塞、破損之缺陷。On the other hand, in the metal
於此,中介第1氣體導入口136導入的含氯之氣體,不僅如上所述作為用以賦予單純將氯化物之蒸氣中介排出口134往還原爐200導入之正壓的物理手段發揮功能,還如以下所述作為用以更有效防止系統100之缺陷發生的化學手段發揮功能。Here, the chlorine-containing gas introduced through the
金屬與氯化物存在於由以下之式所示之平衡狀態。 『化1』 Metal and chloride exist in an equilibrium state shown by the following formula. "Hua 1"
在例如金屬為銅的情況下,以下之平衡成立。 『化2』 For example, when the metal is copper, the following balance holds. "Hua 2"
雖取決於金屬之種類或溫度,但即使假設在氯化爐120金屬完全變為氯化物,由於此平衡之存在,氯化物之一部分仍會變回金屬。職是,在第2加熱爐124或第1輸送管112中金屬會析出,而成為使堵塞發生的主要原因。Although it depends on the type or temperature of the metal, even if it is assumed that the metal is completely changed to chloride in the
然而,發明人發現:藉由於此平衡系導入氯氣,使平衡向右側(氯化物側)移動,可防止氣體狀態之氯化物作為金屬析出。亦即,中介第1氣體導入口136而導入之氯,於已放入第1加熱爐122內之金屬的氯化幾乎不消耗,故可在第2加熱爐124或第1輸送管112內與氯化物之蒸氣接觸。職是,中介第1氣體導入口136而導入之氯,作為化學手段對於使上述金屬―氯化物間之平衡往氯化物側移動一事有所貢獻。其結果,可更有效抑制在第2加熱爐124或第1輸送管112內由氯化物之氣體析出金屬而導致第1輸送管112之堵塞或破損、第2加熱爐124之破壞等缺陷。However, the inventor found that by introducing chlorine gas due to this equilibrium system, the equilibrium is shifted to the right side (chloride side) to prevent gaseous chlorides from being precipitated as metals. That is, the chlorine introduced through the
藉由如此不僅在物理手段,還在化學手段上自第1氣體導入口136將含氯之氣體導入,可提供能穩定長時間驅動而不會發生破損或破壞的金屬粉體製造系統,進一步藉由利用此系統,能夠有效率製造金屬粉末。By introducing chlorine-containing gas from the
4.變形例4. Modifications
金屬氯化物生成裝置110並不受限於圖2或圖3所示之構造。舉例而言,如圖4所示,氯化爐120亦可具備「供給作為化學手段發揮功能的含氯之氣體」的多個氣體導入口。氯氣可伴隨惰性氣體供給。在圖4所示之例,於第2加熱爐124進一步設置有用以將含氯之氣體導入的氣體導入口(第2氣體導入口)142。第2氣體導入口142可配置於較排出口134還上方之處。亦即,可以自第1加熱爐122至排出口134的距離較自第1加熱爐122至第2氣體導入口142的距離還大的方式,設置第2氣體導入口142。第2氣體導入口142與未圖示之氯源連結,含氯之氣體的供給係藉由閥144來控制。The metal
藉由採用此種構造,可使作為化學手段之貢獻增大,更有效防止在第2加熱爐124或第1輸送管112內之金屬的析出。By adopting this structure, the contribution as a chemical means can be increased, and the precipitation of metal in the
或者,如圖5所示,金屬氯化物生成裝置110亦可具有用以將經加熱之惰性氣體導入的氣體導入口(第4氣體導入口)146及第3加熱器164。第4氣體導入口146設置於第1加熱爐122,中介閥148而連結至第3加熱器164。第3加熱器具有將惰性氣體加熱的功能。Alternatively, as shown in FIG. 5, the metal
藉由將經加熱之惰性氣體供給至第1加熱爐122,可於氯化爐120內賦予更大的正壓,而不會引起第1加熱爐122之溫度下降。職是,在第1加熱爐122生成之氯化物的全部或大部分,變得能夠維持氣體狀態就此自第2加熱爐124中介第1輸送管往還原爐200導入。在氯化物之沸點為高的情況下,於第2加熱爐124中之氣化需要比較長的時間,故此構造在製造會產出沸點為高之氯化物的金屬之粉體時尤其有效。By supplying the heated inert gas to the
此外,在設置第4氣體導入口146與第3加熱器164的情況下,不必非得設置第1氣體導入口136或第2氣體導入口142(參照圖6)。在氯化物之沸點比較低的情況下,透過採用此構造可有效率驅動系統100,且可削減系統100之製造成本,藉此,能夠以低成本提供金屬粉體。In addition, when the fourth
(第2實施型態)(The second implementation type)
在本實施型態,描述使用系統100的金屬粉體之製造方法。於此,使用具備圖2所示之金屬氯化物生成裝置110的系統100,說明製造金屬粉體之方法作為範例。針對與在第1實施型態已述之構造相同或類似之構造,有時勉予省略說明。In this embodiment, a method of manufacturing metal powder using the
首先,中介金屬導入口128將金屬放入第1加熱爐122。如上已述,作為金屬,可使用銅或銀、鎳等。於第2加熱爐124亦可預先填充氣化輔助材140。First, the intermediary
其此,使用第1加熱器160、第2加熱器162分別將第1加熱爐122、第2加熱爐124加熱。第1加熱爐122之溫度雖取決於金屬之種類,但可適當設定在例如800℃以上且1000℃以下的範圍。藉由將第1加熱爐122之溫度設定於較金屬之熔點還低的溫度,可防止係為原料之金屬(金屬之顆粒114)的熔融。在第1加熱爐122中,金屬會與氯反應而產出氯化物。Here, the
另一方面,第2加熱爐124之溫度設定成較第1加熱爐122之溫度還高即可。雖取決於金屬之種類,但可適當設定在例如900℃以上且1200℃以下的範圍。藉由將第2加熱爐124之溫度設定於較氯化物之沸點還高的溫度,可將氯化物迅速氣化。On the other hand, the temperature of the
在第1加熱爐122與第2加熱爐124之加熱的同時,將含氯之氣體中介第1氣體導入口136而導入第2加熱爐124。並且,中介金屬導入口128及/或第3氣體導入口130,將含氯之氣體導入第1加熱爐122。在對中介第1氣體導入口136而導入第2加熱爐124的含氯之氣體混合惰性氣體的情況下,例如將此混合氣體中之氯濃度調為0.001 wt%以上且20 wt%以下,或0.01 wt%以上且10 wt%以下,或0.1 wt%以上且2 wt%以下即可。此等氣體之流量因應比例適當調整即可。在使用第2氣體導入口142(參照圖4)將含氯之氣體導入的情況下,中介第1氣體導入口136與第2氣體導入口142而導入的含氯之氣體之組成或總流量可彼此相同,亦可相異。舉例而言,亦可使中介第1氣體導入口136而導入的含氯之氣體的流量,較中介第2氣體導入口142而導入的含氯之氣體之流量還大。中介第1氣體導入口136或第2氣體導入口142而導入第2加熱爐124的含氯之氣體中之氯的量,以較中介金屬導入口128及/或第3氣體導入口130而導入第1加熱爐122的含氯之氣體中所含之氯的量還少為佳。藉此,可降低所獲得之金屬粉體的氯含量。Simultaneously with the heating of the
此外,如圖4、圖5所示之例,在將經加熱之氮氣導入第1加熱爐122的情況下,氮氣之溫度調為例如800℃以上且1000℃以下即可。In addition, in the example shown in FIGS. 4 and 5, when the heated nitrogen gas is introduced into the
在氯化爐120生成之氯化物之蒸氣係自排出口134排出,經由第1輸送管112自第5氣體導入口204往還原爐200導入。選自氫或肼、氨、甲烷等之還原性氣體係自第6氣體導入口206(參照圖1)供給,其流量或濃度以成為與氯化物反應之化學計量比以上的方式調整即可。在還原爐生成之金屬的粉體,係藉由導入還原爐200的氮氣,物理性往分離裝置300或袋濾器等回收裝置(未圖示)運送而單獨分離。藉由以上之工序,可製造金屬的粉體。The vapor of the chloride generated in the
如在第1實施型態已述,自第1氣體導入口136或第2氣體導入口142導入第2加熱爐124的含氯之氣體,不僅具有迅速且穩定將氯化物之蒸氣往還原爐200輸送的功能作為物理手段,還具有防止金屬之析出的功能作為化學手段。職是,藉由應用本實施型態,可提供可穩定驅動且能夠有效率製造金屬粉體的金屬粉體製造系統。As described in the first embodiment, the chlorine-containing gas introduced into the
(第3實施型態)(The third implementation type)
在本實施型態,說明結構與金屬氯化物生成裝置110相異的金屬氯化物生成裝置116之結構。針對與在第1實施型態已述之構造相同或類似之構造,有時勉予省略說明。In this embodiment, the structure of the metal
金屬氯化物生成裝置116,至少在第1加熱爐122與第2加熱爐124之內徑相異這點、第2加熱爐124具有管形狀這點,結構與金屬氯化物生成裝置110相異。The metal
更具體而言,如圖7所示,第2加熱爐124具有管形狀,其內徑與第1加熱爐122相比為小。藉由做成此種形狀,可更有效混合氯化物之蒸氣與氯氣,使中介第1氣體導入口136而導入的含氯之氣體之物理、化學上的效果增大。More specifically, as shown in FIG. 7, the
第1氣體導入口136設置於第1加熱爐122,為第1加熱器160所圍繞。第1氣體導入口136以較金屬導入口128還更接近第2加熱爐124的方式配置為佳。此係因:在產生熔融之氯化物的情況下,氯化物會堆積於第1加熱爐122之下部,在此部分氣化會優先發生。因此,如圖7所示,以上面位於較第1氣體導入口136還上方的方式將氣化輔助材140配置於第1加熱爐122內為佳。顆粒114可於氣化輔助材140上以與氣化輔助材140接觸的方式配置。The
在此種構造中,驅動第1加熱器160、第2加熱器162將氯化爐120加熱,自金屬導入口128及/或第3氣體導入口130將含氯之氣體導入,藉此金屬與氯氣的反應發生而生成氯化物。存在為蒸氣之氯化物通過氣化輔助材140之間隙往第2加熱爐124移動。另一方面,處於熔融狀態之液狀的氯化物,在浸透氣化輔助材140之層的期間,吸收由第1加熱器160供給的熱能而氣化,之後往第2加熱爐124移動。如此一來,於金屬氯化物生成裝置116,會在第1加熱爐122中發生氯化物的生成與熔融狀態之氯化物的氣化。In this structure, the
如同金屬氯化物生成裝置110,自第1氣體導入口136導入的含氯之氣體,不僅可以物理手段將氯化物之蒸氣往第2加熱爐124導入,還可以化學手段防止氯化物析出金屬。職是,在管狀之第2加熱爐124內,亦可有效抑制金屬或氯化物之析出,可穩定使系統100運作而不會引起破損或破壞,可有效率提供金屬之粉體。Like the metal
再者,如圖7所示,亦可藉由將管狀之第2加熱爐124折疊,使總長增大而不會招致佔有面積的增大。在氯化物之沸點為高的情況下,在第2加熱爐124中之氣化需要比較長的時間,故此構造在製造會產出沸點為高之氯化物的金屬之粉體時尤其有效。Furthermore, as shown in FIG. 7, by folding the
『實施例』"Example"
(實施例1)(Example 1)
在本實施例,說明使用「具備具有圖2所示之結構作為基本結構之金屬氯化物生成裝置110」的系統100製造銅粉體之例。具體而言,於第1加熱爐122配置銅之顆粒,於第2加熱爐124配置石英之顆粒。在此狀態使用第1加熱器160與第2加熱器162,以第1加熱爐122與第2加熱爐124分別成為900℃、1150℃的方式進行加熱。分別自金屬導入口128與第1氣體導入口136將含氮與氯的混合氣體導入。混合氣體之氯濃度如表1所示。於表1亦記載有在將自第1氣體導入口136導入之混合氣體的流量調為1.0之情形中,自金屬導入口128導入之混合氣體的流量比(亦即自金屬導入口128導入之混合氣體相對於自第1氣體導入口136導入之混合氣體的流量比)。反應時間定為10小時。In this embodiment, an example of manufacturing copper powder using the
『表1』
反應結束後,拆下第1加熱器160與第2加熱器162,觀察氯化爐120。其結果,於第2加熱爐124之下部未觀察到氯化銅的堆積,確認到第2加熱爐124之破損亦未發生。After the completion of the reaction, the
(實施例2)(Example 2)
在本實施例,說明使用「具備具有圖4所示之結構作為基本結構之金屬氯化物生成裝置110」的系統100製造銅粉體之例。具體而言,於第1加熱爐122配置銅之顆粒,於第2加熱爐124配置石英之顆粒。在此狀態使用第1加熱器160與第2加熱器162,以第1加熱爐122與第2加熱爐124分別成為900℃、1150℃的方式進行加熱。自金屬導入口128、第1氣體導入口136及第2氣體導入口142同時導入含氮與氯的混合氣體。反應分二階段進行。在將自第1氣體導入口136導入之混合氣體的流量調為1.0時,自第2氣體導入口142及金屬導入口128導入之混合氣體的流量及各自之混合氣體中的氯濃度,係如同表2所示。第1氣體導入口136與第2氣體導入口142接續至同一個混合氣體源,自此等氣體導入口導入之混合氣體之各成分的濃度相同。第1階段與第2階段之反應時間分別為9小時、8小時。In this embodiment, an example of manufacturing copper powder using the
『表2』
各階段之反應結束後,拆下第1加熱器160與第2加熱器162,觀察氯化爐120。其結果,與實施例1相比,確認到氯化爐120內部之金屬銅的析出大幅減少。並且,確認到第1輸送管112內部之銅的析出亦減少。After the reaction in each stage is completed, the
(實施例3)(Example 3)
在本實施例,揭示使用系統100研究自第1氣體導入口136導入之混合氣體之氯濃度之影響的結果,所述系統100具備具有圖2所示之結構作為基本結構的金屬氯化物生成裝置110。具體而言,於第1加熱爐122配置銅之顆粒,於第2加熱爐124配置石英之顆粒。在此狀態,使用第1加熱器160與第2加熱器162,以第1加熱爐122與第2加熱爐124分別成為900℃、1150℃的方式進行加熱。自金屬導入口128與第1氣體導入口136一同將含氮與氯的混合氣體導入。在將自第1氣體導入口136導入之混合氣體的流量調為1.0時之自金屬導入口128導入之混合氣體的流量固定成3.2,自金屬導入口128導入之混合氣體的氯濃度固定成43 wt%,使自第1氣體導入口136導入之混合氣體中之氯氣濃度如表3所示變化。在表3中之實驗3係比較例,係自第1氣體導入口136僅導入氮的實驗。反應時間定為10小時。In this embodiment, the results of investigating the influence of the chlorine concentration of the mixed gas introduced from the
『表3』
如表3所示,可知藉由自第1氣體導入口136將含氯之氣體導入,可獲得與計算值(目標反應量)幾乎同量的銅粉體(實驗1、2)。相對於此,在未將氯氣自第1氣體導入口136導入的情況(實驗3)下,回收量偏離目標反應量,與實驗1及實驗2相比,止於低回收率。此事默示:在氯化爐120內有銅析出。As shown in Table 3, it can be seen that by introducing the chlorine-containing gas from the
反應結束後,拆下第1加熱器160與第2加熱器162,觀察氯化爐120。其結果,在自第1氣體導入口136將含氯之氣體導入的情況下,於氯化爐120內銅未析出,或者即使析出仍為不會對系統100之驅動造成影響之程度的量。相對於此,在未將氯氣自第1氣體導入口136導入的情況(實驗3)下,以目視觀察到在氯化爐120內有銅析出。After the completion of the reaction, the
如由實施例1、2、3可理解,確認到藉由應用本發明之實施型態,能夠抑制金屬或氯化物堆積於氯化爐120內部或於第1輸送管112內部析出等缺陷。As can be understood from Examples 1, 2, and 3, it was confirmed that by applying the implementation mode of the present invention, defects such as accumulation of metals or chlorides in the
作為本發明之實施型態,於上已述之各實施型態只要不相互矛盾,即可適當組合而實施。並且,以各實施型態之裝置為基礎,本技術領域具通常知識者進行適當構造要件的追加、刪除或設計變更者,或者進行工序的追加、省略或條件變更者,亦只要具備本發明的要旨,即為本發明之範圍所包含。As the embodiment of the present invention, the various embodiments described above can be combined appropriately as long as they do not contradict each other. In addition, based on the devices of each implementation type, those with ordinary knowledge in the technical field who add, delete, or change the design of appropriate structural elements, or who perform the addition, omission, or condition change of the process, also have the requirements of the present invention. The gist is included in the scope of the present invention.
即使係與藉由於上已述之各實施型態之態樣所帶來之作用效果相異的其他作用效果,對於自本說明書之記載可明確得知者,或者本技術領域具通常知識者得輕易預測者,亦可當然理解為由本發明所促成者。Even if it is other effects that are different from the effects brought about by the various implementation modes described above, those that can be clearly known from the description of this specification, or those with ordinary knowledge in the technical field can obtain Those who are easy to predict can of course also be understood as those facilitated by the present invention.
100‧‧‧金屬粉體製造系統
110‧‧‧金屬氯化物生成裝置
112‧‧‧第1輸送管
114‧‧‧顆粒
116‧‧‧金屬氯化物生成裝置
120‧‧‧氯化爐
122‧‧‧第1加熱爐
123‧‧‧連結部
124‧‧‧第2加熱爐
126‧‧‧分隔部件
128‧‧‧金屬導入口
130‧‧‧第3氣體導入口
132‧‧‧閥
134‧‧‧排出口
136‧‧‧第1氣體導入口
138‧‧‧閥
140‧‧‧氣化輔助材
142‧‧‧第2氣體導入口
144‧‧‧閥
146‧‧‧第4氣體導入口
148‧‧‧閥
160‧‧‧第1加熱器
162‧‧‧第2加熱器
164‧‧‧第3加熱器
200‧‧‧還原爐
202‧‧‧第2輸送管
204‧‧‧第5氣體導入口
206‧‧‧第6氣體導入口
300‧‧‧分離裝置100‧‧‧Metal
〈圖1〉本發明之實施型態之一相關之金屬粉體製造系統的概略構造圖。 〈圖2〉本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置的剖面示意圖。 〈圖3〉本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置的剖面示意圖。 〈圖4〉本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置的剖面示意圖。 〈圖5〉本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置的剖面示意圖。 〈圖6〉本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置的剖面示意圖。 〈圖7〉本發明之實施型態之一相關之金屬氯化物生成裝置的側視示意圖。<Figure 1> A schematic configuration diagram of a metal powder manufacturing system related to one of the embodiments of the present invention. <Figure 2> A schematic cross-sectional view of a metal chloride generating device related to one embodiment of the present invention. <Figure 3> A schematic cross-sectional view of a metal chloride generating device related to one of the embodiments of the present invention. <Figure 4> A schematic cross-sectional view of a metal chloride generating device related to one of the embodiments of the present invention. <Figure 5> A schematic cross-sectional view of a metal chloride generating device related to one of the embodiments of the present invention. <Figure 6> A schematic cross-sectional view of a metal chloride generating device related to one embodiment of the present invention. <Figure 7> A schematic side view of a metal chloride generating device related to one embodiment of the present invention.
110‧‧‧金屬氯化物生成裝置 110‧‧‧Metal Chloride Generator
112‧‧‧第1輸送管 112‧‧‧The first delivery pipe
114‧‧‧顆粒 114‧‧‧Particle
120‧‧‧氯化爐 120‧‧‧Chlorination furnace
122‧‧‧第1加熱爐 122‧‧‧The first heating furnace
123‧‧‧連結部 123‧‧‧Connecting part
124‧‧‧第2加熱爐 124‧‧‧The second heating furnace
128‧‧‧金屬導入口 128‧‧‧Metal inlet
130‧‧‧第3氣體導入口 130‧‧‧3rd gas inlet
132‧‧‧閥 132‧‧‧valve
134‧‧‧排出口 134‧‧‧Exhaust outlet
136‧‧‧第1氣體導入口 136‧‧‧The first gas inlet
138‧‧‧閥 138‧‧‧valve
140‧‧‧氣化輔助材 140‧‧‧Auxiliary materials for gasification
160‧‧‧第1加熱器 160‧‧‧The first heater
162‧‧‧第2加熱器 162‧‧‧Second heater
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