KR100943453B1 - Device and method for manufacturing ultra-fine metal powders and metal vaporizing apparatus used to them - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속분말 원료를 가열하는 증발 방식을 이용한 초미세 금속분말 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrafine metal powder production apparatus and method using an evaporation method for heating a metal powder raw material.
물리 기상법으로 초미세 금속분말을 제조하는 방법은, 일반적으로 고주파 플라즈마, 플라즈마 전이 아크(arc), 플라즈마 비전이 아크, 레이저, 중간주파수 감응 등의 가열 방법으로 금속을 증발시켜서 금속증발기체인 금속 증기를 얻은 후에 급속 냉각하여 초미세 금속분말을 제조하게 된다.In general, the ultra-fine metal powder is manufactured by physical vapor deposition. In general, a metal vapor, which is a metal evaporation gas, is evaporated by evaporating the metal by a heating method such as a high frequency plasma, a plasma transition arc, a plasma vision arc, a laser, or an intermediate frequency response. After obtaining, it is rapidly cooled to prepare an ultrafine metal powder.
이 중에서 고주파 플라즈마와 플라즈마 전이 아크(arc)를 이용한 초미세 금속분말 제조 방법에 대하여 살펴본다.Among them, a method of manufacturing ultrafine metal powder using a high frequency plasma and a plasma transition arc will be described.
도 1은 고주파 플라즈마 금속 증발 장치가 도시된 개략도로서, 참조 번호 11은 플라즈마 아크 발생용 고주파 코일이고, 13은 플라즈마 아크를 나타낸다. 그리고 참조 번호 15는 금속분말 원료 투입관이고, 17은 금속분말 원료 투입구를 나타낸다.1 is a schematic view showing a high frequency plasma metal evaporation apparatus, wherein
도 1에 도시된 바와 같은 장치를 이용한 초미세 금속분말 제조 공법은, 일반적으로 일정한 입자크기의 금속분말 원료를 투입구(17)와 투입관(15)을 통해서 직접 고주파 플라즈마 아크(13)에 투입한다. 금속분말 원료는 고주파 플라즈마 아크(13)의 고온 작용에 의해 증발되면서 금속 증발기체로 변하게 되고, 이 금속 증발기체를 급속 냉각시켜 초미세 금속분말을 얻게 된다.In the ultrafine metal powder production method using the apparatus as shown in FIG. 1, a metal powder raw material having a constant particle size is generally introduced directly into the high
그러나 이와 같은 금속 증발 장치는, 투입되는 금속분말 원료는 일정한 입도 분포를 가지고 있으나, 금속분말의 입자크기가 비교적 큰 일부의 금속입자들은 금속 증발이 불완전하여 증발되지 못한 금속분말로 남아있게 된다. 이렇게 남아있는 금속분말의 크기는 증발하여 얻어낸 초미세 금속분말 중에 잔존하게 되고, 잔존한 금속입자 입경이 초미세 금속분말의 입경보다 훨씬 커서 제품의 품질 저하를 초래하는 문제점이 있다.However, in such a metal evaporation apparatus, the metal powder input material has a constant particle size distribution, but some metal particles having a relatively large particle size of the metal powder remain as metal powder which cannot be evaporated due to incomplete metal evaporation. The size of the remaining metal powder remains in the ultrafine metal powder obtained by evaporation, and the particle size of the remaining metal particles is much larger than that of the ultrafine metal powder, resulting in deterioration of product quality.
도 2는 플라즈마 전이 아크 금속 증발 장치가 도시된 개략도로서, 참조번호 21은 플라즈마 전이 아크 토치(torch)이고, 22는 플라즈마 전이 아크이며, 23은 금속 액면，24는 용융조，25는 금속분말 원료 투입관, 26은 금속분말 원료, 27은 직류 전원을 나타낸다.Figure 2 is a schematic diagram showing a plasma transition arc metal evaporation apparatus,
도 2에 도시된 바와 같은 장치를 이용한 초미세 금속분말 제조 방법은, 플라즈마 전이 아크(22)가 직접 금속 액면(23)에 작용하여 플라즈마 전이 아크(22) 자체의 고온을 이용하여 금속을 증발시켜 금속 증발기체를 생성한다. 이렇게 생성된 금속 증발기체를 급속 냉각하여 초미세 금속분말을 얻게 된다.In the ultrafine metal powder manufacturing method using the apparatus as shown in FIG. 2, the
그러나 플라즈마 전이 아크 금속 증발 장치를 이용한 초미세 금속분말 제조 방법은, 직류 플라즈마 전이 아크(22)와 금속 액면(23)의 열량 전달이 제한되기 때문에 금속 액면(23)과의 접촉면이 작아 금속 증발 효율이 낮고, 이에 따라 금속 증기의 생산량이 낮아짐은 물론 에너지 소모량도 필요 이상으로 많아지는 문제점이 있다.However, in the ultrafine metal powder production method using the plasma transition arc metal evaporation apparatus, since the heat transfer between the direct current
이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The contents of the background art described above are technical information possessed by the inventor of the present application for the derivation of the present invention or acquired in the derivation process of the present invention, and are known technologies disclosed to the general public before the application of the present invention. You can't.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 플라즈마 전이 아크 영역 내에 금속분말 원료를 바로 투입하여 1차 증발시키고, 여기서 미증발된 금속분말 원료를 용융조의 금속 액면에서 2차 증발시키도록 구성함으로써 금속 증발 효율을 향상시켜 생산성 및 경제성을 향상시키고, 또 생산된 초미세 금속분말 입자의 품질 향상에 기여할 수 있는 초미세 금속분말 제조 장치 및 방법, 그리고 금속증발장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, it is configured to directly evaporate the metal powder raw material in the plasma transition arc region to the first evaporation, wherein the evaporated non-evaporated metal powder raw material in the metal liquid level of the molten bath secondary configuration It is an object of the present invention to provide an ultra-fine metal powder production apparatus and method, and a metal evaporation apparatus that can improve the metal evaporation efficiency to improve productivity and economics, and contribute to the quality improvement of the ultra-fine metal powder particles produced.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치는, 금속분말 원료를 직접 플라즈마 전이 아크 영역 내에 투입하여 1차 증발시키고, 여기서 미증발된 금속분말 원료가 용융조의 금속 액면으로 떨어진 상태에서 상기 플라즈마 전이 아크에 의해 2차 증발시킬 수 있도록 이루어진 금속증발장치와; 상기 금속증발장치에서 발생한 1차 및 2차 금속 증발기체를 냉각하는 냉각기와; 상기 냉각기를 거친 금속 증발기체를 기체와 고체로 분리하여 초미세 금속분말을 얻는 기체고체 분리기를 포함한 것을 특징으로 한다.In the ultra-fine metal powder production apparatus according to the present invention for realizing the above object, the metal powder raw material is directly injected into the plasma transition arc region to be first evaporated, where the unevaporated metal powder raw material falls into the metal liquid surface of the molten bath. A metal evaporation device configured to be second evaporated by the plasma transition arc in a state; A cooler for cooling the first and second metal evaporators generated in the metal evaporator; It characterized in that it comprises a gas solid separator which separates the metal evaporator gas passed through the cooler into a gas and a solid to obtain ultra fine metal powder.
여기서 상기 금속증발장치는, 플라즈마 전이 아크를 발생시키는 플라즈마 전이 아크 발생용 토치와, 상기 플라즈마 전이 아크 영역 내에 금속분말 원료를 투입하여 1차 증발이 일어나도록 설치된 금속분말 원료 투입관과, 상기 플라즈마 전이 아크 발생용 토치의 하부에 위치되고 상기 플라즈마 전이 아크에 의해 내부에 투입된 금속이 용융되어 2차 증발이 발생하는 금속 액면이 형성될 수 있도록 설치된 용융조를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.The metal evaporation apparatus may include a plasma transition arc generating torch for generating a plasma transition arc, a metal powder raw material inlet tube installed to inject a metal powder raw material into the plasma transition arc region to generate first evaporation, and the plasma transition. It is preferable to include a melting tank located below the torch for arc generation and installed so that the metal injected into the interior by the plasma transition arc can be melted to form a metal liquid level at which secondary evaporation occurs.
상기 냉각기는, 상기 금속증발장치와 기체고체 분리기 사이에 연결된 냉각관과, 이 냉각관에 냉각기체를 공급하는 냉각기체 공급라인과, 상기 기체고체 분리기에서 분리된 기체를 다시 순환시켜 재이용할 수 있도록 냉각기체 공급라인에 연결된 기체 순환라인과, 기체 순환라인 상에 구비되어 기체를 냉각시키는 기체 냉각기 및 기체 순환펌프를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.The cooler includes a cooling tube connected between the metal evaporator and the gas solid separator, a cooling gas supply line for supplying cooling gas to the cooling tube, and a gas separated from the gas solid separator to be recycled and reused. It is preferable that the gas circulation line connected to the cooling gas supply line, and a gas cooler and a gas circulation pump provided on the gas circulation line to cool the gas.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 금속증발장치는, 플라즈마 전이 아크를 발생시키는 플라즈마 전이 아크 발생용 토치와, 이 플라즈마 전이 아크 발생용 토치의 하부에 위치되고 상기 플라즈마 전이 아크에 의해 내부에 투입된 금속이 용융되어 상부에 금속 액면이 형성될 수 있도록 설치된 용융조와, 상기 플라즈마 전이 아크 영역 내에 금속분말 원료를 투입할 수 있도록 설치된 금속분말 원료 투입관을 포함하고, 상기 금속분말 원료 투입관을 통해 투입된 금속분말 원료가 상기 플라즈마 전이 아크 영역을 통과하면서 1차 증발되고, 여기서 미증발된 금속분말 원료가 용융조의 금속액면으로 떨어진 후에 플라즈마 전이 아크열에 의해 가열되어 2차 증발될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the metal-evaporation apparatus according to the present invention for realizing the above-described object, the plasma transition arc generating torch for generating a plasma transition arc, and is located below the plasma transition arc generating torch, And a metal powder raw material inlet tube installed to inject the metal powder raw material into the plasma transition arc region, and a melting tank installed to melt the metal introduced therein to form a metal liquid level thereon. The metal powder raw material introduced through the first is evaporated while passing through the plasma transition arc region, wherein the unevaporated metal powder raw material is heated to plasma secondary arc heat and then secondly evaporated after falling to the metal liquid surface of the molten bath. It features.
이때, 상기 플라즈마 전이 아크 영역의 주변에는 플라즈마 전이 아크를 안정화시키도록 직류 코일이 설치되는 것이 바람직하다.In this case, the DC coil is preferably installed around the plasma transition arc region to stabilize the plasma transition arc.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 방법은, 용융조 내에 금속 덩어리를 넣고, 상부에 위치된 플라즈마 전이 아크 발생용 토치에서 발생된 플라즈마 전이 아크열로 용융조 내에 투입된 금속 덩어리를 액체로 용융시켜 용융조 내에 금속 액면을 형성하는 제1단계와; 제1단계 후에, 상기 플라즈마 전이 아크 영역 내로 금속분말 원료를 투입하여 플라즈마 전이 아크 영역을 통과시키면서 1차 증발시키고, 여기서 미증발된 금속분말 원료가 상기 용융조 내의 금속 액면으로 떨어지면, 플라즈마 전이 아크열에 의해 2차 증발이 일어나도록 하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 발생된 1차 및 2차 금속 증발기체를 냉각시키고, 기체와 고체를 분리하여 초미세 금속분말을 얻는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.In addition, the ultra-fine metal powder production method according to the present invention for realizing the above-mentioned problems, the metal mass in the melting tank, the plasma transition arc heat generated in the plasma transition arc generating torch located in the upper in the melting tank A first step of melting the injected metal mass into a liquid to form a metal liquid level in the melting tank; After the first step, the metal powder raw material is introduced into the plasma transition arc region and firstly evaporated while passing through the plasma transition arc region, where the unevaporated metal powder raw material falls into the metal liquid level in the melting tank, A second step of causing secondary evaporation to occur; It characterized in that it comprises a third step of cooling the primary and secondary metal evaporation gas generated in the second step, and separating the gas and the solid to obtain ultra-fine metal powder.
여기서 상기 제2단계에서, 금속분말 원료의 투입량과 플라즈마 전이 아크 전류치를 조절하여 용융조의 금속 액면을 일정한 높이로 유지하는 것이 바람직하다.In the second step, it is preferable to maintain the metal liquid level of the molten bath at a constant height by adjusting the input amount of the metal powder raw material and the plasma transition arc current value.
제2단계에서, 플라즈마 전이 아크 주변에 설치된 직류 코일에 인가되는 전류를 조정하여 플라즈마 전이 아크를 안정시키는 것이 바람직하다.In the second step, it is preferable to stabilize the plasma transition arc by adjusting the current applied to the DC coil installed around the plasma transition arc.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.The main problem solving means of the present invention as described above, will be described in more detail and clearly through examples such as 'details for the implementation of the invention', or the accompanying 'drawings' to be described below, wherein In addition to the main problem solving means as described above, various problem solving means according to the present invention will be further presented and described.
본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치 및 방법, 그리고 금속증발장치는, 플라즈마 전이 아크 영역 내에 금속분말 원료를 바로 투입하여 1차 증발시키고, 여기서 미증발된 금속분말 원료를 용융조의 금속 액면에서 2차 증발시켜 금속증발기체를 생성하기 때문에 금속 증발 효율을 향상시켜 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있고, 또한 초미세 금속분말 입자의 품질 향상에 기여할 수 있는 효과를 제공한다.The ultrafine metal powder production apparatus and method, and the metal evaporation apparatus according to the present invention, by directly putting the metal powder raw material in the plasma transition arc region to the first evaporation, where the unevaporated metal powder raw material at the metal liquid level of the molten bath 2 Since the evaporation to produce a metal evaporation gas to improve the evaporation efficiency of the metal to improve the productivity and economics, it also provides an effect that can contribute to the quality of the ultra fine metal powder particles.
즉, 본 발명은, 플라즈마 전이 아크로 금속분말 원료를 직접 가열함과 아울러 금속 액면도 추가로 가열하여 1차 및 2차 금속 증발기체를 동시에 생성할 수 있도록 구성되기 때문에 에너지 이용 효율이 높고, 금속기체의 증발량을 증가시키고, 보다 우수한 품질의 초미세 금속분말 입자를 생산할 수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.That is, the present invention has a high energy utilization efficiency and high energy efficiency because it is configured to simultaneously heat the metal powder raw material with a plasma transition arc and additionally heat the metal liquid surface to simultaneously generate the primary and secondary metal evaporation gases. Increasing the amount of evaporation, and will have the effect of producing ultrafine metal powder particles of higher quality.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치가 도시된 전체 구성도이다.3 is an overall configuration diagram showing an ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention.
도 3에서 참조 번호 50은 금속 증발 장치, 60은 냉각 장치로서, 61은 냉각 관, 63은 냉각기체 공급라인, 65는 기체 순환라인, 67은 기체 냉각기, 69는 기체 순환펌프를 나타낸다. 그리고 참조 번호 70은 기체고체 분리기, 80은 초미세 분말수집기를 나타낸다.In FIG. 3,
본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치는, 금속증발장치(50)에서 금속분말 원료를 직접 플라즈마 전이 아크(52) 영역 내에 투입하여 1차 증발시키고, 여기서 미증발된 금속분말 원료는 금속 액체로 떨어진 상태에서 상기 플라즈마 전이 아크(52)에 의해 2차 증발시킨 후에, 냉각 장치(60)에서 상기 1차 및 2차에서 발생한 금속 증발기체를 냉각시킨 다음, 기체고체 분리기(70)에서 기체와 분리한 다음 초미세 분말수집기(80)에서 초미세 금속분말을 얻을 수 있도록 구성된다.In the ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention, the metal powder raw material is directly injected into the
이러한 초미세 금속분말 제조 장치의 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다. Each structure of this ultrafine metal powder manufacturing apparatus is demonstrated in detail.
먼저, 상기와 같은 초미세 금속분말 제조 장치에 구비되는 금속증발장치(50)의 일 실시예의 구성을 도 4를 참조하여 설명한다.First, the configuration of an embodiment of the
도 4는 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치에 구비되는 금속증발장치의 일 실시예의 구성도로서, 참조 번호 51은 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(torch)，51a는 전이 아크 발생용 기체 통로, 52는 플라즈마 전이 아크，53은 용융조, 54는 금속 액면, 55는 금속분말 원료 투입관, 56은 금속분말 원료 투입구, 57은 직류 전원, 58은 직류 코일을 나타낸다.4 is a configuration diagram of an embodiment of a metal evaporation apparatus provided in the ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention,
상기 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)는 상기 용융조(53)의 상측에 플라즈마 전이 아크(52)를 수직 방향으로 발생시키도록 구성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)는 직류 전원(57)에 전기적으로 연결되어 플라즈마 전이 아크(52)를 발생시킬 수 있도록 구성되고, 또한 내측에는 토치의 끝단으로 전이 아크 발생용 기체 통로(51a)가 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다.The plasma transition
상기 플라즈마 전이 아크(52)는 상기 금속분말 원료 투입관(55)을 통해 투입된 금속분말 원료를 가열하여 1차로 금속 증발기체를 생성하고, 또한 용융조(53) 내의 금속 액체를 가열하여 2차로 금속 증발기체를 생성하도록 가열하는 기능을 한다.The
여기서, 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)에 가해지는 플라즈마 전이 아크(52)의 전류는 100 ~ 1000A 로 설정될 수 있으며, 플라즈마 전이 아크(52)의 길이는 80 ~ 250mm 가 바람직하다. 전이 아크 기체는 아르곤, 질소, 수소, 암모니아 등의 기체일 수 있으며, 또 이들 기체가 하나 이상 함유된 혼합 기체일 수 있다. 그리고 전이 아크 기체 유량은 0.5 ~ 10m3/h 인 것이 바람직하다. Here, the current of the
보다 바람직하게는 상기 플라즈마 전이 아크(52)의 전류는 400 ~ 800A 이며, 전이 아크의 직경은 6 ~ 12mm이며, 아크의 길이는 100 ~ 150mm 로 설정되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 전이 아크의 기체의 유량은 2~ 5 m3/h 인 것이 바람직하다.More preferably, the current of the
상기 용융조(53)는 금속 덩어리가 채워진 상태에서 상기 플라즈마 전이 아크(52)의 가열에 의해 금속 덩어리 및 상기 금속분말 원료 투입관(55)을 통해서 투입된 금속분말 원료가 용융되어 2차로 금속 증발기체가 생성될 수 있도록 구성된 것으로, 상기 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51) 및 금속분말 원료 투입관(55)의 하부에 용기형 구조로 배치된다.The
여기서, 상기 용융조(53)의 직경은 150 ~ 350mm 일 수 있으며, 이러한 용융조(53) 내에 투입되는 금속 덩어리는 5 ~ 40kg 일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 금속 덩어리의 무게는 15 ~ 25kg일 수 있다. 여기서 덩어리는 상기 금속분말 원료보다 입자가 큰 원료일 수도 있고, 금속분말 원료의 입자와 유사한 크기의 원료일 수도 있다.Here, the diameter of the
용융조(53)도 상기 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)와의 사이에 플라즈마 전이 아크(52) 발생을 위해 상기 직류 전원(57)에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.It is preferable that the
상기 금속 액면(54)은 용융조(53) 내에서 용융된 금속 덩어리 원료와 금속분말 원료 투입관(55)을 통해서 투입된 금속분말 원료가 떨어져서 상기 플라즈마 전이 아크(52) 열에 의해 용융된 후에 생성되는 부분으로서, 플라즈마 전이 아크(52)열에 의해 2차 금속 증발기체가 생성되는 부분이다. 이때 금속 액면(54)의 높이는 금속분말 원료의 투입량과 플라즈마 전이 아크(52)의 전류치를 조절함으로써 일정하게 유지시킬 수 있다.The metal
상기 금속분말 원료 투입관(55)은 금속분말 원료 투입구(56)를 통해 일정 크기의 금속분말 원료를 상기 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)에 의해 생성된 플라즈마 전이 아크(52) 영역에 직접 투입할 수 있도록 구성된다.The metal powder raw
이러한 금속분말 원료 투입관(55)은 상기 플라즈마 전이 아크 발생용 토 치(51)의 끝단 쪽에 근접하게 설치됨으로써 금속분말 원료를 플라즈마 전이 아크(52) 영역 내에 분사할 수 있도록 구성된다.The metal powder raw
금속분말 원료 투입관(55)은 하나 또는 그 이상 설치되는 것이 바람직하며, 플라즈마 전이 아크(52)의 수직 방향에 대하여 상측에서 하측으로 일정 각도 경사진 방향으로 배치되어 금속분말 원료가 플라즈마 전이 아크(52) 영역 내로 원활하게 투입될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.It is preferable that one or more metal powder raw
여기서 금속분말 원료는 평균 입경이 10 ~ 300um 인 Cu, Ni, Ag, Co, Al, Fe 등 분말이 가능하며, 투입량은 0.5 ~ 10kg/h 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 금속분말 원료의 평균 입경은 45 ~ 100um의 Cu, Ni, Ag 분말이며, 투입량은 1.5 ~ 4kg/h 로 설정되는 것이 바람직하다.Here, the metal powder raw material may be a powder of Cu, Ni, Ag, Co, Al, Fe, etc. having an average particle diameter of 10 ~ 300um, the input amount is preferably 0.5 ~ 10kg / h. More preferably, the average particle diameter of the metal powder raw material is 45 to 100 μm of Cu, Ni, and Ag powders, and the input amount is preferably set to 1.5 to 4 kg / h.
상기 직류 코일(58)은 플라즈마 전이 아크(52) 영역의 주변에 구비되어 금속분말 원료가 플라즈마 전이 아크(52) 영역에 투입될 때, 플라즈마 전이 아크(52)를 안정시키는 작용을 하게 된다. 이때 직류 코일(58)의 전류는 1 ~ 10A 정도의 전류 조정을 통하여 직류 플라즈마 전이 아크(52)를 안정시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 직류 코일(58)의 전류는 4 ~ 8A 로 설정되는 것이 바람직하다.The
이제, 도 3에 예시된 전체 구성에서, 냉각 장치(60), 기체고체 분리기(70), 초미세 분말수집기(80)에 대하여 설명한다.Now, in the overall configuration illustrated in FIG. 3, the
상기 냉각 장치(60)는, 상기 금속증발장치(50)에서 증발되어 배출된 금속 증발기체를 불활성 기체 또는 질소 등의 냉각기체를 이용하여 금속 증발기체의 온도 를 300℃ 이하로 냉각시킬 수 있도록 구성된다. 보다 바람직하게는 금속 증발기체의 온도를 150 ~ 200℃로 냉각시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.The
이를 위해, 냉각 장치(60)는 금속증발장치(50)와 기체고체 분리기(70) 사이에 냉각 관(61)이 연결되고, 이 냉각 관(61)에 냉각기체를 공급하는 냉각기체 공급라인(63)이 연결된다.To this end, the
이때 냉각기체 공급라인(63)은 기체고체 분리기(70)에서 분리된 기체를 다시 순환시켜 재이용할 수 있도록 구성되는 것이 바람직한바, 기체고체 분리기(70)와 연결된 기체 순환라인(65)과 연결되고, 기체 순환라인(65) 상에는 기체를 냉각시키는 기체 냉각기(67), 그리고 증압기 또는 기체 순환펌프(69)가 설치되는 것이 바람직하다. 물론, 냉각기체 공급라인(63)은 반드시 기체 순환 구조로만 구성될 필요는 없고 필요에 따라서는 순환하지 않고, 냉각 기체를 외부에서 공급하는 방식으로 구성하는 것도 가능하다.At this time, the cooling
상기 기체고체 분리기(70)는, 상기 냉각 장치(60)의 냉각 기체에 의해 저온의 용기 상태를 유지하게 되는데, 이러한 상태에서 냉각 기체에 의해 냉각된 금속 증발기체가 유입되면 금속 증발기체가 초미세 금속분말로 형성되어 용기 내부 또는 내벽에 침적되어 하부의 초미세 분말수집기(80)로 떨어지고, 기체는 상기 기체 순환라인(65)을 통해 배출된 후에 재순환될 수 있도록 구성된다. 물론, 기체 순환라인(65)이 구성되지 않을 경우에 기체는 외부로 방출되는 구조를 갖는다.The gas
상기 초미세 분말수집기(80)는, 상기 기체고체 분리기(70)에서 분리된 초미세 금속분말이 수집되는 구성 부분으로, 여기에 수집되는 초미세 금속분말의 평균 입경은 10 ~ 1000nm 가 바람직하다. 보다 바람직하게는 초미세 금속분말의 평균 입경은 80 ~ 600nm 가 바람직하다.The ultra
한편, 도 5는 금속증발장치의 다른 실시예의 구성을 보인 도면으로서, 도 4를 참조하여 설명한 금속증발장치(50)의 일 실시예의 구성과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.On the other hand, Figure 5 is a view showing the configuration of another embodiment of the metal evaporation apparatus, the same reference numerals for the same components as the configuration of the embodiment of the
도 5에 도시된 금속증발장치(50')의 다른 실시예는, 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51')에 금속분말 원료 투입통로(55')가 함께 구성된다.In another embodiment of the
즉, 도 4의 일 실시예에서는 금속분말 원료 투입관(55)이 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)와 별도로 구성되었으나, 도 5에 예시된 금속증발장치(50')에서는 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51')에 금속분말 원료 투입통로(55')가 함께 구성된 실시예를 예시한 것이다.That is, in the embodiment of FIG. 4, the metal powder raw
따라서, 본 실시예의 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51')는, 중앙부에 아크 발생봉(51b)이 구비되고, 이 아크 발생봉(51b)의 바깥쪽에 아크 발생용 기체가 유입되는 통로(51a')가 형성되며, 그 바깥쪽에 금속분말 원료 투입통로(55')가 배치되는 구성으로 이루어진다.Therefore, in the plasma transition arc generation torch 51 'of this embodiment, the
이외의 구성은 도 3 및 도 4에 예시된 본 발명의 구성과 동일 유사하게 구성될 수 있으므로 이에 대한 반복 설명은 생략한다.Since other configurations may be configured similarly to the configuration of the present invention illustrated in FIGS. 3 and 4, repeated description thereof will be omitted.
상기와 같은 구성되는 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치는, 도 3의 금속분말 원료 투입관(55) 또는 도 4의 금속분말 원료 투입통로(55')를 통해, 금속분말 원료를 플라즈마 전이 아크(52) 영역 내에 투입한다. 이때 금속분말 원료가 플라즈마 전이 아크(52) 중에 투입되면 플라즈마 전이 아크(52)의 불안정성이 초래될 수 있으나, 플라즈마 전이 아크(52) 외측에 설치된 직류 코일(58)에 적적한 전류를 인가함으로써 플라즈마 전이 아크(52)를 안정시킨 상태에서 금속분말 원료를 직접 가열하여 1차 금속 증발기체를 생성시킬 수 있게 된다. 또한 플라즈마 전이 아크(52) 영역 내에서 미증발된 금속분말 원료는 용융조(53) 내에 금속 용액에 유입되는데, 상기 플라즈마 전이 아크(52) 열에 의해 증발하여 2차 금속 증발기체가 생성된다.In the ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention configured as described above, the metal powder raw material through the metal powder raw
상기 1차 및 2차 금속 증발기체는 냉각 장치(60)를 통과하면서 금속 증발기체가 응결되는데, 응결된 초미세 금속분말은 기체고체 분리기(70)에서 분리되어 초미세 분말수집기(80)에 수집됨으로써 초미세 금속분말을 제조할 수 있게 된다. 그리고 기체고체 분리기(70)에서 분리된 냉각 기체를 포함한 기체는 냉각 장치(60)로 다시 순환되어 금속 증발기체를 냉각시키게 된다.The first and second metal evaporation gas is condensed while passing through the
이하, 보다 구체적으로 적용한 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, the embodiment of the present invention applied in more detail.
도 3 및 도 4를 참조하면, 용융조(53) 내에 금속 덩어리를 넣는다. 이때 금속 덩어리의 성분은 생산하고자 하는 초미세 금속분말의 성분과 동일하게 이루어지는 것이 바람직한데, 예를 들면 Cu, Ni, Ag 등의 금속이다. 이때 용융조(53) 내에 투입되는 금속 덩어리의 무게는 15 ~ 25kg 정도가 바람직하다.3 and 4, the metal mass is placed in the
용융조(53) 내에 적정량의 금속 덩어리가 투입되면, 플라즈마 전이 아크 발생용 토치(51)에서 발생된 플라즈마 전이 아크(52) 열로 용융조(53) 내에 투입된 금속 덩어리를 액체로 용융시켜 용융조(53) 내에 금속 액면(54)을 형성한다. When a proper amount of the metal mass is introduced into the
이후, 금속분말 원료 투입관(도 4의 55) 또는 금속분말 원료 투입통로(도 5의 55')를 통해 상기 플라즈마 전이 아크(52) 영역 내로 금속분말 원료를 투입한다. 이때 투입되는 금속분말의 평균 입경은 45 ~ 100 um의 Cu, Ni, Ag 분말이 바람직하며, 투입량은 1.5 ~ 4kg/h 정도가 바람직하다. 또 상기 전이 아크의 전류는 400 ~ 800A 로 설정되고, 전이 아크의 길이는 100 ~ 150mm 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 그리고 전이 아크 기체는 질소, 수소, 또는 질소, 수소 혼합기체가 가능하며 기체 유량은 2 ~ 5m3/h 인 것이 바람직하다.Thereafter, the metal powder raw material is introduced into the
금속분말 원료의 투입량과 플라즈마 전이 아크(52) 전류치를 조절하여 용융조(53)의 금속 액면(54)을 일정한 높이에 유지하며, 또한 일정한 금속 증발기체의 양을 조절할 수 있다. By adjusting the input amount of the metal powder raw material and the
그리고 선택적으로 직류 코일(58)의 전류 조정으로 플라즈마 전이 아크(52)를 안정시킨다. 이때 직류 코일(58)의 전류는 4 ~ 8A로 설정되는 것이 바람직하다.And optionally adjusts the current of the
상기 금속증발장치(50)에서 증발된 금속 증발기체는 냉각 장치(60)를 구성하는 냉각 관(61)을 통과할 때 실온의 냉각 기체를 금속 증발기체 내에 빠른 속도로 투입하여 금속 증발기체를 냉각시킨다. 이때 냉각 기체는 아르곤, 질소 등의 가스를 이용할 수 있다.When the metal evaporation gas evaporated in the
냉각 기체를 이용하여 금속 증발기체를 150 ~ 200℃ 로 냉각시켜서, 초미세 금속분말을 생산한다. 초미세 금속분말과 기체는 기체고체 분리기(70)에서 분리되어, 초미세 금속분말은 초미세 금속수집기(80)로 수집되며, 기체는 기체 냉각기(67)와 증압기 또는 기체 순환펌프(69)를 통하여 재순환 사용된다.Cooling gas is used to cool the metal evaporation gas to 150-200 ° C. to produce ultra fine metal powder. The ultra fine metal powder and gas are separated in the gas
상기와 같은 과정을 통해 입경이 80 ~ 600nm인 Cu, Ni, Ag 등 초미세 금속분말을 제조할 수 있게 된다.Through the above process, it is possible to produce ultra-fine metal powder, such as Cu, Ni, Ag having a particle diameter of 80 ~ 600nm.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the technical idea described in the embodiments of the present invention may be implemented independently, or may be implemented in combination with each other. In addition, the present invention has been described through the embodiments described in the drawings and the detailed description of the invention, which is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and equivalent other embodiments therefrom It is possible. Therefore, the technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
도 1은 고주파 플라즈마 금속 증발 장치가 도시된 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a high frequency plasma metal evaporation apparatus.
도 2는 플라즈마 전이 아크 금속 증발 장치가 도시된 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a plasma transition arc metal evaporation apparatus.
도 3은 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치가 도시된 전체 구성도이다.3 is an overall configuration diagram showing an ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치에 구비되는 금속증발장치의 일 실시예의 구성도이다.Figure 4 is a block diagram of an embodiment of a metal evaporation apparatus provided in the ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 초미세 금속분말 제조 장치에 구비되는 금속증발장치의 다른 실시예의 구성도이다. 5 is a configuration diagram of another embodiment of a metal evaporation apparatus provided in the ultrafine metal powder production apparatus according to the present invention.
Claims (8)
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