KR20060027136A - A manufacturing process of fe nano powder with carbide coating by chemical vapor condensation - Google Patents

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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions

Abstract

본 발명은 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에 관한 것이다. 본 발명의 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정은, 철(Fe)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계(S1)와; 상기 기화단계(S1)에서 기화된 기화물(120)과 반응기체(140)를 열분해반응이 일어나는 반응로(220)에 동시에 주입하거나, 상기 기화물(120)을 상기 반응로(220)에서 입자(222)로 형성시킨 후 반응기체(140)를 주입하여 반응시키는 반응단계(S2)와; 상기 반응단계(S2)에서 형성된 코팅나노분말(320)을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계(S3)를 포함하여 구성되고; 상기 전구체(Precursor)는 철펜타카보닐[Fe(CO)5], 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3], 철아세테이드[(CH 3CO2)2Fe] 중 어느 하나이며, 상기 반응기체(140)는 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 아르곤(Ar), 수소(H2)와 이들의 혼합기체 중 어느 하나임을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 금속 나노입자의 표면에 탄화물 코팅을 균일하고 안정적으로 할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a carbide (Fe) nano-powder manufacturing process coated with carbides by chemical vapor condensation. Carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method of the present invention, the vaporization step (S1) for vaporizing the precursor (Precursor) containing iron (Fe); The vaporized gas (120) and the reactor body 140 in the vaporization step (S1) is simultaneously injected into the reactor 220 in which the pyrolysis reaction takes place, or the vaporizer 120 particles in the reactor 220 A reaction step (S2) of reacting the reaction mixture by forming the reaction mixture after injecting the reactor body 140; It comprises a condensation and recovery step (S3) for condensing and recovering the coating nanopowder 320 formed in the reaction step (S2); The precursor (Precursor) is any one of iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] The reactor 140 is carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) and a mixture thereof Characterized in that any one of the gases. According to the present invention, there is an advantage that the carbide coating on the surface of the metal nanoparticles can be uniform and stable.

화학기상응축법, 전구체, 반응기체, 반응지연튜브, 코팅나노분말Chemical Vapor Condensation, Precursor, Reactor, Reaction Tube, Coating Nanopowder

Description

화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철 나노분말 제조공정 { A manufacturing process of Fe nano powder with carbide coating by Chemical Vapor Condensation }A manufacturing process of Fe nano powder with carbide coating by Chemical Vapor Condensation

도 1 은 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정이 진행되는 개략적인 흐름도.1 is a schematic flow diagram of a carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method according to the present invention.

도 2 의 (a)는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서 기화물과 반응기체가 반응로에 동시에 주입되는 동시반응공정(In-situ 공정)의 개략적인 장비 구성도.Figure 2 (a) is a simultaneous reaction process (in-situ process in which the carbide and the reactant is injected into the reactor at the same time in the carbide (Fe) nano powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method according to the present invention) Schematic diagram of equipment).

도 2 의 (b)는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서 기화물을 반응로에서 입자로 형성시킨 후 반응기체를 주입하는 지연동시반응공정(Retained in-situ 공정)의 개략적인 장비 구성도.Figure 2 (b) is a delayed simultaneous reaction step of injecting a reactant after forming a carbide into particles in the reactor in the carbide (Fe) nano powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method according to the present invention Schematic diagram of equipment in (Retained in-situ process).

도 3 은 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서 일산화탄소(CO)를 반응기체로 사용하였을 때 반응기체의 유속과 온도에 따른 합성미립자의 특성변화를 나타낸 표.Figure 3 is a change in the characteristics of the synthetic fine particles according to the flow rate and temperature of the reactor when using carbon monoxide (CO) as a reactor in the carbide-coated iron (Fe) nanopowder manufacturing process by the chemical vapor condensation method according to the present invention Table showing.

도 4 의 (a)는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 동시반응공정으로 일산화탄소(CO) 400sccm, 500℃에서 합성된 철(Fe) 미립자의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진 및 Micro-EDS 분석결과.Figure 4 (a) is a co-reaction process of the carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process according to the chemical vapor condensation method according to the invention iron (Fe) fine particles synthesized at 400 sccm, 500 ℃ High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photographs and Micro-EDS analysis of.

도 4 의 (b)는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 동시반응공정으로 일산화탄소(CO) 400sccm, 1100℃에서 합성된 철(Fe) 미립자의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진 및 Micro-EDS 분석결과.Figure 4 (b) is a co-reaction process of the carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process according to the chemical vapor condensation method according to the invention iron (Fe) particles synthesized at 400sccm, 1100 ℃ carbon monoxide (CO) High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photographs and Micro-EDS analysis of.

도 5 의 (a)는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 지연동시반응공정으로 반응로의 내부 압력을 100Torr로 변화시킨 후 700℃에서 제조한 나노코팅 철(Fe) 분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진 및 Micro-EDS 분석결과.Figure 5 (a) is a delayed simultaneous reaction process of the carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process according to the chemical vapor condensation method according to the present invention was prepared at 700 ℃ after changing the internal pressure of the reactor to 100 Torr High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photographs and Micro-EDS analysis of a nano-coated iron (Fe) powder.

도 5 의 (b)는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 지연동시반응공정으로 반응로의 내부 압력을 600Torr로 변화시킨 후 700℃에서 제조한 나노코팅 철(Fe) 분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진 및 Micro-EDS 분석결과.Figure 5 (b) is a delayed simultaneous reaction process of the carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process according to the chemical vapor condensation method according to the present invention was prepared at 700 ℃ after changing the internal pressure of the reactor to 600 Torr High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photographs and Micro-EDS analysis of a nano-coated iron (Fe) powder.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100. ..... 기화부 120. ..... 기화물100. ..... Vaporizer 120. ..... Carbide

140. ..... 반응기체 160. ..... 이송튜브140. ..... Reactor 160. ..... Transfer Tube

180. ..... 반응지연튜브 200. ..... 반응부180. ..... reaction delay tube 200. ..... reaction part

220. ..... 반응로 222. ..... 입자220. ..... reactor 222. ..... particles

300. ..... 응축·회수부 320. ..... 코팅나노분말300. ..... Condensation and recovery unit 320. ..... Coated nano powder

S1. ..... 기화단계 S2. ..... 반응단계S1. ..... Vaporization step S2. ..... Reaction Step

S3. ..... 응축·회수단계S3. ..... Condensation and Recovery Stage

본 발명은 나노분말 제조방법으로, 더욱 상세하게는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-powder manufacturing method, and more particularly to a iron (Fe) nano-powder manufacturing process coated with carbides by chemical vapor condensation method.

나노재료란 약 100nm 이하의 직경을 갖는 입자라 정의할 수 있으며, 입자의 크기가 나노크기로 미세화되면 비표면적이 매우 커져서, 일반적인 크기의 입자 또는 벌크재와는 상이한 특성을 나타낸다. 예를 들어, 나노금속입자의 직경이 1㎛ 에서 10nm 로 미세해지면 비표면적은 1㎥/cc 로부터 10㎥/cc 로 증가하게 된다.Nanomaterials may be defined as particles having a diameter of about 100 nm or less, and when the size of the particles is reduced to nano size, the specific surface area becomes very large, and thus exhibits characteristics different from those of ordinary size particles or bulk materials. For example, when the diameter of the nanometal particles becomes fine from 1 μm to 10 nm, the specific surface area increases from 1 m 3 / cc to 10 m 3 / cc.

이와 같은 입자의 나노화에 기인한 표면적의 급격한 증가는 촉매능의 급격한 증가, 이물질의 흡착력, 강한 응집력, 모세관 응축 등의 현상을 유발하여, 촉매효과의 획기적 증가는 물론, 소결성 향상, 극저온에서의 열전도성 향상, 초전도 천이온도 상승, 광흡수 증가, 융점강하 등의 장점이 보고되고 있다.The rapid increase in the surface area due to the nano-particles of such particles causes a sudden increase in catalytic capacity, adsorption of foreign matter, strong cohesion, capillary condensation, and the like, as well as a dramatic increase in the catalytic effect, as well as sinterability and thermoelectric at cryogenic temperatures. Advantages such as improved conductivity, increased superconducting transition temperature, increased light absorption, and lowering of melting point have been reported.

이러한 특성의 변화는 나노입자를 이용하여 벌크재를 제조할 경우에는 기계적 성질에도 커다란 영향을 미쳐, 그 응용성의 확대 또는 새로운 응용분야를 창출할 수 있게 될 것이다. 대표적인 응용가능분야로서 유리저항체, 유전체, 카본블랙, 전자재료, 초전도재료, 자기테잎, 자기유체, 자외선차단막, 화학센서 등을 들 수 있다.Such a change in properties will have a great influence on the mechanical properties when the bulk material is manufactured using nanoparticles, thereby expanding its applicability or creating new applications. Typical applications include glass resistors, dielectrics, carbon blacks, electronic materials, superconducting materials, magnetic tapes, magnetic fluids, sunscreens, chemical sensors, and the like.

특히 코팅된 나노분말은 입자크기가 극미세해지고, 코팅층(Shell)과 핵(Core)의 계면효과로 일반분말에서는 발현되지 않았던 특이한 새로운 물성이 관찰됨으로써, 전기, 전자, 자기분야는 물론이거니와 촉매, 의약 및 생명공학 등의 각종 산업분야에 걸쳐 응용이 기대된다.In particular, the coated nanopowder has a very small particle size, and due to the interfacial effect between the shell and the core, unique new physical properties that are not expressed in the general powder are observed. Applications are expected in a variety of industries, such as medicine and biotechnology.

상기와 같은 특징을 갖는 나노입자의 제조방법으로는 크게 물리적 공정과 화학적 공정으로 구분할 수 있으며, 각각의 공정은 다시 기상법, 액상법 및 고상법으로 세분될 수 있다. Methods for producing nanoparticles having the above characteristics can be largely divided into physical processes and chemical processes, each process can be further subdivided into a gas phase method, a liquid phase method and a solid phase method.

상기한 물리적 공정에서 고상법으로는 볼밀링법이 있으며, 액상법으로는 급속응고법을 들 수 있지만, 나노 형성능이 다소 떨어진다는 단점이 있다. 그리고, 화학적 공정에서의 액상법으로는 침전, 분무, 수열, 졸겔법 등이 있으며, 이러한 방법들을 많이 활용하고 있지만, 난이한 형상제어, 응집성 등이 문제점으로 보고되어지고 있다.In the above physical process, there is a ball milling method as a solid phase method, and a rapid solidification method as a liquid phase method, but there is a disadvantage in that the nano-forming ability is somewhat inferior. In addition, the liquid phase method in the chemical process includes precipitation, spraying, hydrothermal, sol-gel method and the like, but many of these methods are used, but difficult shape control and cohesiveness have been reported as problems.

결국, 물리적 공정과 화학적 공정에 대한 연구개발이 모두 신속하고 경제적인 기상법으로 초점이 맞추어지고 있다. 기상법의 경우 입자는 주로 재료의 기상화(Vaporization)를 유도한 후 급속히 응축시키는 원리로 제조되며, 기상, 즉 과포화증기를 만드는 방법에 따라 물리적 기상공정과 화학적 기상공정으로 구분하게 된다.As a result, research and development on physical and chemical processes are all focused on rapid and economic meteorological methods. In the gas phase method, particles are mainly manufactured on the principle of inducing vaporization of materials and rapidly condensing them. The particles are classified into physical vapor phase and chemical vapor phase according to gas phase, that is, supersaturated steam.

물리적 공정에서 기상법은 순수한 가열에 의해 재료의 증기화를 유도하므로 불순물의 혼입이 적어, 고순도의 나노입자는 물론 수 나노크기의 무응집 입자를 제 조할 있는 반면, 생산성의 저하가 산업화에 걸림돌이 되고 있다.In the physical process, the gas phase method induces vaporization of materials by pure heating, so that impurities are less mixed, so that high purity nanoparticles as well as several nanoscale agglomerated particles can be produced, while lowering productivity is an obstacle to industrialization. have.

한편, 화학적 공정에서 기상법은 과포화증기가 다른 기체와의 반응 및 응축 공정을 통하여 나노입자를 제어하므로, 조성의 선택의 폭이 매우 넓고 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. Meanwhile, in the chemical process, the gas phase method controls the nanoparticles through the reaction and condensation process of supersaturated steam with other gases, and thus, there is an advantage in that the selection of the composition is very wide and mass production is possible.

그러나, 나노분말은 일반적인 분말합성공정인 분위기 제어밀링공정이나 이들 염을 이용한 액상법 등을 통하여 제조할 수는 있으나, 이러한 방법들은 공정이 복잡하고, 불순물 제어가 용이하지 않으며, 순도 등에 문제점이 있다.However, nanopowders may be prepared through an atmosphere controlled milling process or a liquid phase method using these salts, which are general powder synthesis processes, but these methods are complicated, do not easily control impurities, and have problems with purity.

뿐만 아니라, 상기한 방법으로 나노크기의 분말을 제조하는데 한계가 있어 다양한 상의 생성, 복합화 및 입도제어가 불가능한 문제점도 있다.In addition, there is a limit to the production of nano-sized powder by the above method, there is also a problem that it is impossible to create, compound and control the size of the various phases.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전구체를 기화시킨 기화물과 반응기체를 동시에 반응로에 주입하거나 기화물을 입자로 형성시킨 후 반응기체를 주입하여 반응시키도록 하는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the problems as described above, the chemical vapor phase to the reaction by injecting the vaporized vaporized precursor and the reactant gas to the reactor at the same time or by forming the vaporized particles into the reaction gas to react the reaction gas. It provides a process for producing iron (Fe) nano-coated carbide coated by the condensation method.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정은, 철(Fe)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계와; 상기 기화단계에서 기화된 기화물과 반응기체를 열분해반응이 일어나는 반응로에 동시에 주입하거나, 상기 기화물을 상기 반응로에서 입자로 형성시킨 후 반응기체를 주입하여 반응시키는 반응단계와; 상기 반응단계에서 형성된 코팅나노분말을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.Carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method of the present invention for achieving the above object, the vaporization step of vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe); A reaction step of simultaneously injecting the vaporized gas and the reactor gas in the vaporization step into a reactor in which a pyrolysis reaction occurs, or forming the vaporized gas into particles in the reactor and injecting the reactant into the reactor; It characterized in that it comprises a condensation, recovery step of condensing and recovering the coating nano-powder formed in the reaction step.

상기 전구체(Precursor)는 철펜타카보닐[Fe(CO)5], 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3], 철아세테이드[(CH3CO2)2 Fe] 중 어느 하나임을 특징으로 한다.The precursor is any one of iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] It is characterized by.

상기 반응기체는 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C 2H4), 아르곤(Ar), 수소(H2)와 이들의 혼합기체 중 어느 하나임을 특징으로 한다.The reactor is any one of carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) and a mixture thereof It features.

그리고, 상기 반응로의 온도는 500℃ ~ 1100℃임을 특징으로 한다.And, the temperature of the reactor is characterized in that 500 ℃ ~ 1100 ℃.

또한, 상기 반응단계에서의 반응로 압력은 진공에서 상압까지의 범위로 제어 가능함을 특징으로 한다.In addition, the reactor pressure in the reaction step is characterized in that it can be controlled in the range from vacuum to atmospheric pressure.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 금속 나노입자의 표면에 탄화물 코팅을 균일하고 안정적으로 할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention having such a configuration, there is an advantage that the carbide coating on the surface of the metal nanoparticles can be uniform and stable.

화학기상응축법(Chemical Vapor Condensation; CVC)은 감압기상응축법(Inert Gas Condensation; IGC)과 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 조합한 것으로, 감압기상응축법(IGC)의 가열 도가니 대신 기화된 운반(반응)기체를 반응로(Hot wall tubular reactor) 혹은 연소 버너에서 열분해, 반응, 응축시켜 목적으로 하는 나노분말을 제조하는 공정이며, 제조공정 변수에 따라 합성분말의 크기, 상(相) 등이 변화된다. Chemical Vapor Condensation (CVC) is a combination of Inert Gas Condensation (IGC) and Chemical Vapor Deposition (CVD) instead of the Crucible Crucible Heating Crucible. Pyrolysis, reaction, and condensation of vaporized transport gas in a hot wall tubular reactor or combustion burner to produce the desired nanopowder, and the size and phase of the synthetic powder ) And the like.

주요 공정변수인 합성온도, 압력, 이송가스 유량 및 종류 등에 의해 반응기 내부에서의 클러스터(Cluster)들의 과포화도, 충돌율, 체류시간 등을 결정하여 합 성분말 특성이 결정된다.The sum component characteristics are determined by determining the supersaturation, collision rate, residence time, etc. of the clusters in the reactor by the main process variables such as synthesis temperature, pressure, transfer gas flow rate and type.

그리고, 상기 화학기상응축법(CVC)은 금속유기체(Organometallic reagent)를 분해하여 금속증기를 만들고, 이를 급속히 응축하여 나노크기의 분말입자를 합성하는 공정으로, 분자단위의 화학적 균일성을 유지할 수 있으며, 모든 재료의 단상 및 복합상의 나노분말의 제조가 가능한 장점이 있다. In addition, the chemical vapor condensation method (CVC) is a process of decomposing a metal organic substance (Organometallic reagent) to make a metal vapor, and rapidly condensing it to synthesize nano-sized powder particles, it is possible to maintain chemical uniformity of the molecular unit The advantage is that single phase and composite phase nanopowders of all materials can be produced.

특히, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등과 같은 나노자성분말은 단자구 크기보다도 작은 분말의 제조가 가능하여 기존 자성재료의 특성 향상은 물론, 진공(10-8 torr)씰, 자기잉크, MR 조영제, 센서, 광스위치, 댐퍼, 열전자소자 등 전자기/기계 소재 등의 원재료나 합금원료 등에 응용될 수 있는 새로운 소재의 개발이 가능하다.In particular, nano-magnetic powders such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), etc., can produce powders smaller than the size of the terminal spheres, thereby improving the properties of the existing magnetic materials as well as vacuum (10-8 torr) seals. It is possible to develop new materials that can be applied to raw materials such as magnetic ink, MR contrast agents, sensors, optical switches, dampers, thermoelectric devices, and alloy materials.

이러한 나노자성분말의 고특성화 및 응용성을 확대하고, 상기 화학기상응축법(CVC)으로 다양한 탄화물 및 질화물 코팅 나노분말의 제조하기 위해, 복합상의 비율, 나노분말의 형상, 입도 및 순도를 제어하게 된다. In order to expand the high characterization and applicability of the nanomagnetic powder and to prepare various carbide and nitride coated nanopowders by the chemical vapor condensation method (CVC), it is possible to control the ratio of the composite phase, the shape, the particle size, and the purity of the nanopowder. do.

이를 위해 탄소(C) 및 질소(N)원의 종류 및 공급방법, 금속 원료물질(Precursor)과의 반응성을 제어하게 되고, 화학기상응축법(CVC)에서 주요 공정변수인 운반기체의 종류, 분압 및 흐름속도, 반응기의 온도를 최적화하도록 한다. 이러한 공정의 개발을 통해, 원하는 나노복합분말의 종류, 미세조직 및 입도를 제어할 수 있게 된다.To this end, the type and supply method of carbon (C) and nitrogen (N) sources, the reactivity with metal precursors (Precursor) are controlled, and the type and partial pressure of carrier gas, which are the main process variables in chemical vapor condensation (CVC) And flow rate, to optimize the temperature of the reactor. Through the development of this process, it is possible to control the type, microstructure and particle size of the desired nanocomposite powder.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method of the present invention having the configuration as described above will be described in detail.

도 1 에는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정이 진행되는 개략적인 흐름도가 도시되어 있으며, 도 2 의 (a)에는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서 기화물과 반응기체가 반응로에 동시에 주입되는 동시반응공정(In-situ 공정)의 개략적인 장비 구성도가 도시되어 있고, (b)에는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서 기화물을 반응로에서 입자로 형성시킨 후 반응기체를 주입하는 지연동시반응공정(Retained in-situ 공정)의 개략적인 장비 구성도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic flowchart illustrating a process of manufacturing iron (Fe) nanopowder coated with carbides by chemical vapor condensation according to the present invention, and FIG. 2 (a) illustrates chemical vapor condensation according to the present invention. In the manufacturing process of carbide-coated iron (Fe) nanopowder by the method, the schematic diagram of equipment is shown in the simultaneous reaction process (In-situ process) in which gas and the reactant are injected into the reactor at the same time, (b ) Is a delayed simultaneous reaction process of injecting a reactant after forming a carbide into particles in a reactor in the process of manufacturing a carbide-coated iron (Fe) nanopowder by chemical vapor condensation according to the present invention (Retained in-situ) A schematic diagram of the equipment is shown.

이들 도면에 도시된 바에 따르면 본 발명의 화학기상응축법(CVC)은 크게 세부분으로 구분되는데, 즉 철(Fe)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화부(100)와, 상기 기화부(100)에서 기화된 기화물(120)과 반응기체(140)의 열분해 및 반응이 일어나는 반응부(200), 그리고 상기 반응부(200)에서 과포화된 증기로부터 응축에 의한 나노분말이 형성되어 회수하는 응축/회수부(300)로 구분되어 구성된다.As shown in these drawings, the chemical vapor condensation method (CVC) of the present invention is largely divided into fine parts, that is, the vaporization part 100 for vaporizing a precursor containing iron (Fe) and the vaporization part. The nano-powder formed by condensation is formed from the reaction part 200 where the pyrolysis and reaction of the vaporized gas 120 and the reactor body 140, and the supersaturated vapor in the reaction part 200, are formed at 100. The condensation / recovery unit 300 is divided into.

상기 기화부(100)는 적절한 열원으로 저융점의 철(Fe)이 포함된 전구체(Precursor)를 증발시키는 기화단계(S1)가 진행되도록 하는 부분이며, 도시되지는 않았지만 기화기에서 상기 전구체를 증발시키게 된다.The vaporization unit 100 is a portion to allow the vaporization step (S1) to evaporate the precursor (Precursor) containing a low melting point of iron (Fe) to a suitable heat source, but not shown to evaporate the precursor in the vaporizer do.

상기 전구체(Precursor)는 유기물, 즉 금속유기화합물로 금속기 또는 세라믹기를 함유한 것으로, 특히 철계 분말를 제조하기 위하여 철기가 함유되어 있는 철 유기화합물인 철펜타카보닐[Fe(CO)5]을 사용하게 되고, 이외에 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3]와 철아세테이드[(CH3CO2)2 Fe] 등을 사용할 수 있다.The precursor (Precursor) is an organic material, that is, containing a metal group or a ceramic group as a metal organic compound, in particular to use iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], an iron organic compound containing iron to produce iron-based powder In addition, iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] and the like can be used.

그리고, 도 2 의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 기화단계(S1)가 진행되는 기화부(100)의 기화기에서 전구체를 증발시켜 형성되는 기화물(120)은 반응기체(140)와 동시에 상기 반응부(200)의 반응로(220)에 주입된다. And, as shown in (a) of FIG. 2, the vaporization 120 formed by evaporating the precursor in the vaporizer of the vaporization unit 100, the vaporization step (S1) is carried out at the same time as the reactor body 140 It is injected into the reactor 220 of the reaction unit 200.

상기 기화부(100)에서 상기 반응로(220)로 주입되는 기화물(120)과 반응기체(140)를 이송시키는 이송튜브(160)의 재질은 스텐인레스, 동 등의 금속 또는 알루미나, 뮬라이트, 실리콘카바이드 등의 세라믹, 테플론 등을 사용할 수 있으나, 사용온도가 전구체의 기화온도보다 50℃ ~ 150℃ 높은 온도에서 견딜 수 있어야 한다. The material of the transport tube 160 for transporting the vaporizer 120 and the reactor body 140 injected into the reactor 220 from the vaporization unit 100 may be a metal such as stainless steel or copper, alumina, mullite, silicon, or the like. Ceramics such as carbide, Teflon, and the like may be used, but the use temperature should be able to withstand at a temperature higher than the precursor vaporization temperature 50 ℃ ~ 150 ℃.

따라서, 상기 철펜타카보닐[Fe(CO)5]의 기화온도는 103℃이고, 부식성이 없으므로, 외경이 6.8mm 이고, 내경이 3.3mm 의 스텐인레스 튜브가 사용된다.Therefore, the iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ] of the evaporation temperature is 103 ℃, since there is no corrosive, stainless steel tube having an outer diameter of 6.8mm, an internal diameter of 3.3mm is used.

또한, 상기 기화부(100)의 기화기는 도시되지는 않았지만 전구체의 기화온도 이상 견딜 수 있는 한쪽 끝이 막힌 스텐인레스관, 알루미나관, 석영관, 파이렉스관 등을 사용할 수 있으며, 외경이 50mm 이고, 내경이 40mm 의 석영관이 사용된다.In addition, although the vaporizer of the vaporization unit 100 is not shown, one end of a stainless steel tube, an alumina tube, a quartz tube, a Pyrex tube, etc., which can endure the vaporization temperature of a precursor, may be used. This 40 mm quartz tube is used.

상기 기화부(100)에서의 한쪽 끝은 반응기체(140)가 이송되도록 연결되고, 다른 한쪽은 상기 기화기에서 기화된 기화물(120)이 상기 반응로(220)로 장입되도록 연결되어 상기 이송튜브(160)로 합쳐진다.One end of the vaporization unit 100 is connected so that the reactor body 140 is transported, the other end is connected to the vaporized vaporized gas 120 from the vaporizer is charged to the reactor 220 and the transfer tube To 160.

상기 반응기체(140)의 유량은 10cc/min ~ 2000cc/min으로 변화시킬 수 있으 며, 사용되는 전구체에 따라 반응기체(140)는 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 아르곤(Ar), 수소(H2) 중 어느 하나가 사용 가능하며, 또한 이들을 혼합한 혼합기체 중에서 어느 하나가 사용 가능하게 된다.The flow rate of the reactor body 140 may be changed to 10 cc / min ~ 2000 cc / min, depending on the precursor used, the reactor 140 is carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), any one of ethylene (C 2 H 4 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) can be used, and any one of these mixed gases can be used.

상기와 같이 철펜타카보닐[Fe(CO)5]이 전구체로 사용된 경우에 반응기체(140)를 일산화탄소(CO)+아르곤(Ar)가스를 사용하게 된다.As described above, when iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ] is used as a precursor, the reactant 140 uses carbon monoxide (CO) + argon (Ar) gas.

한편, 액체의 전구체를 사용할 경우에는 한쪽 끝은 액체 이송용 마이크로 펌프에 피브이씨(PVC) 튜브를 이용하여 연결시키고, 0.5cc/min ~ 2cc/min의 유량으로 전구체용액을 상기 기화기내부로 이송시킨다. 이 경우에 반응기체(침탄가스)의 주입은 상기 기화기의 제 3의 주입구(도시되지 않음)를 통하거나 상기 반응로(220)의 입구에서 따로 장입하게 된다. On the other hand, in the case of using a liquid precursor, one end is connected to a micro pump for liquid transfer using a PVC tube, and the precursor solution is transferred into the vaporizer at a flow rate of 0.5 cc / min to 2 cc / min. Let's do it. In this case, the injection of the reactor gas (carburizing gas) is charged through a third injection port (not shown) of the vaporizer or separately at the inlet of the reactor 220.

이렇게 상기 기화부(100)에서 기화된 기화물(120)은 상기 이송튜브(160)로 주입되는 반응기체(140)와 함께 상기 반응부(200)의 반응로(220) 내부로 유입되어 분해 반응하게 되는 반응단계(S2)가 진행된다.The vaporized gas 120 in the vaporization unit 100 is introduced into the reactor 220 of the reaction unit 200 with the reactor body 140 injected into the transfer tube 160 to decompose the reaction. Reaction step (S2) is to proceed.

상기 반응단계(S2)가 진행되는 반응부(200)의 반응로(220)는 수평 튜브로의 형식으로, 크기는 외경이 30 ~ 200mm 이고, 내경이 25 ~ 180mm 의 스텐인레스튜브, 석영튜브, 뮬라이트 튜브, 알루미나 튜브 등이 사용 가능하고, 외경이 40mm 이며, 내경이 30mm 의 알루미나관을 사용하게 된다. 그리고, 상기 반응로(220)의 온도는 500℃ ~ 1200℃ 정도로써 500℃ ~ 1100℃ 가 적당하다. The reactor 220 of the reaction unit 200 in which the reaction step (S2) proceeds is in the form of a horizontal tube, the size of the outer diameter of 30 ~ 200mm, the inner diameter of 25 ~ 180mm stainless steel tube, quartz tube, mullite Tubes, alumina tubes and the like can be used, and outer diameters of 40 mm and inner diameters of 30 mm are used. And, the temperature of the reaction furnace 220 is 500 ℃ ~ 1200 ℃ about 500 ℃ ~ 1100 ℃ is suitable.

또한, 상기 반응로(220)의 내부 압력은 진공에서 상압, 보다 구체적으로는 10-2Torr에서 760Torr까지의 범위에서 제어 가능하게 된다 .In addition, the internal pressure of the reactor 220 can be controlled in a vacuum at normal pressure, more specifically in the range of 10 -2 Torr to 760 Torr.

상기와 같은 기화단계(S1)와 반응단계(S2)를 거치는 과정에서의 분해와 침탄반응을 살펴보면, 먼저 상기 기화부(100)에서는 분해반응, 즉Looking at the decomposition and carburizing reaction in the process of the above vaporization step (S1) and the reaction step (S2), first, the decomposition part, that is, in the vaporization unit 100

Fe(CO)5 분해 : Fe(CO)5 → Fe + 5CO + xCO(반응기체에서) T = 140 ~ 300℃Fe (CO) 5 Decomposition: Fe (CO) 5 → Fe + 5CO + xCO (in the reaction gas) T = 140 ~ 300 ℃

반응이 진행되고, 다음으로 상기 반응로(220)에서는 분해와 침탄반응, 즉The reaction proceeds, and then in the reactor 220, decomposition and carburizing reaction,

CO 분해 : Fe + (5+x)CO → Fe + (5+x)/2C + (5+x)/2CO2 T = 600 ~ 1000℃CO decomposition: Fe + (5 + x) CO → Fe + (5 + x) / 2C + (5 + x) / 2CO 2 T = 600 ~ 1000 ℃

순 Fe 형성 : Fe + C + CO2 → Fe + free C + CO2 T〈 600℃Net Fe Formation: Fe + C + CO 2 → Fe + free C + CO 2 T <600 ℃

침탄반응 : Fe + C + CO2 → Fe/C + CO2 T 〉700℃Carburizing Reaction: Fe + C + CO 2 → Fe / C + CO 2 T〉 700 ℃

이 진행된다.This is going on.

이렇게 상기 반응부(200)의 반응로(220)에서 기화물(120)과 반응기체(140)가 분해 반응하여 형성된 코팅나노분말(320)은 상기 응축부(300)에서 응축되어 회수하게 되는 응축·회수단계(S3)가 진행된다.In this way, the coating nano powder 320 formed by decomposition of the vaporization 120 and the reactor body 140 in the reaction furnace 220 of the reaction unit 200 is condensed in the condensation unit 300 to be recovered. The recovery step S3 is performed.

상기 응축·회수단계(S3)의 응축·회수를 위해서는 별도의 응축부(300)가 상기 반응부(200)와 직접 연결되어 있다. 이러한 응축부(300)는 수평식 기상합성 장치로 구성되며, 일측에 냉각기(도시되지 않음)를 설치하여 열영동법에 의해 상기 반응로(220)에서 형성된 코팅나노분말(320)을 응축하여 회수하게 된다.In order to condense and recover the condensation and recovery step S3, a separate condensation unit 300 is directly connected to the reaction unit 200. The condensation unit 300 is composed of a horizontal gas phase synthesis apparatus, by installing a cooler (not shown) on one side to condense and recover the coated nano powder 320 formed in the reactor 220 by thermophoresis. do.

그리고, 냉각방법으로는 상온 이하의 냉각수와 액체질소 등을 사용할 수 있으며, 별도의 냉각챔버(Chamber)를 연결하여 상기 코팅나노분말(320)의 회수 능력 을 극대화할 수 있다.As the cooling method, cooling water and liquid nitrogen may be used at room temperature or lower, and a separate cooling chamber may be connected to maximize recovery capacity of the coating nanopowder 320.

한편, 본 발명의 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정은 도 2 의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 기화단계(S1)에서 기화된 기화물(120)을 상기 반응단계(S2)의 반응로(220)에서 입자(222)로 형성시킨 후 상기 반응기체(140)를 따로 주입하여 상기 반응단계(S2)가 진행되도록 하는 지연동시반응공정(Retained in-situ 공정)으로 구성할 수 있다.On the other hand, the carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process according to the chemical vapor condensation method of the present invention, as shown in Figure 2 (b), the vaporized vaporization step 120 in the vaporization step (S1) To form the particles 222 in the reactor 220 of the reaction step (S2) and then injected into the reactor body 140 by the delayed simultaneous reaction process (Retained in-) to proceed the reaction step (S2) situ process).

이러한 공정은 상기 기화부(100)에서 기화된 기화물(120)을 전술한 바와 같은 동시반응공정에서와 같이 이송튜브(160)를 통해 상기 반응로(220)로 먼저 주입시킨 다음, 상기 반응기체(140)를 상기 반응로(220)의 내부까지 길게 형성된 반응지연튜브(180)로 주입하게 된다.In this process, the vaporized vaporized gas 120 in the vaporization part 100 is first injected into the reactor 220 through the transfer tube 160 as in the simultaneous reaction process as described above, and then the reactor body. 140 is injected into the reaction delay tube 180 formed long to the inside of the reactor (220).

이렇게 상기 반응지연튜브(180)로 지연되어 상기 반응로(220)로 주입된 상기 반응기체(140)는 이미 반응로(220)에 주입되어 상기 반응로(220) 내부에 입자(222)로 형성된 금속 클러스터(Cluster)와 반응하게 되어 코팅나노분말(320)이 형성되는 것이다.In this way, the reactor body 140 delayed by the reaction delay tube 180 and injected into the reactor 220 is already injected into the reactor 220 and formed of particles 222 inside the reactor 220. The coating nanopowder 320 is formed by reacting with the metal cluster.

따라서, 상기 동시반응공정과 마찬가지로 상기 응축부(300)에서 응축·회수단계(S3)를 거치게 되어 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말을 제조할 수 있게 된다.Therefore, as in the simultaneous reaction process, the condensation unit 300 undergoes the condensation and recovery step (S3), thereby making it possible to manufacture carbide-coated iron (Fe) nanopowder.

도 3 에는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서 일산화탄소(CO)를 반응기체로 사용하였을 때 반응기체의 유속과 온도에 따른 합성미립자의 특성변화를 나타낸 표가 도시되어 있는데, 이에 도시된 바에 따르면 형성되는 미립자의 탄소량이 반응기체(140) 유속 및 온도증가에 따라 증가함을 보여준다.Figure 3 shows the characteristics change of the composite fine particles according to the flow rate and temperature of the reactor when using carbon monoxide (CO) as a reactor in the carbide-coated iron (Fe) nano powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method according to the present invention There is shown a table, which shows that the carbon amount of the particles formed increases with the flow rate and temperature of the reactor body 140.

일반적으로 화학기상응축법(CVC)이나 에어로졸 합성공정에서 미립자의 형성과 입자크기 변화는 응축(Condensation)과정과, 응축핵간의 합성에 의한 합체(Coagulation)과정으로 설명한다. In general, the formation of particles and the change of particle size in chemical vapor condensation (CVC) or aerosol synthesis processes are explained by the condensation process and the coagulation process by synthesizing condensation nuclei.

응축과정에 따른 입자크기는 반응온도가 증가함에 따라 과포화도가 증가하여 작아지는 반면, 합체과정은 반응온도가 증가할수록 압체 구동력이 증가하므로 입자크기는 더 증가한다.The particle size of the condensation process decreases with increasing supersaturation as the reaction temperature increases, whereas in the coalescence process, the particle size increases because the driving force of the compact increases as the reaction temperature increases.

따라서, 반응기체(140) 유속 증가에 따라 평균 미립자의 입자크기가 증가하므로, 이는 일산화탄소(CO)가스 및 전구체에서 유입되는 탄소원의 증가가 응축될 수 있는 철(Fe) 금속전구체 전체 포화증기압을 증가시켜 입자간의 충돌횟수를 증가시키게 되어 나노입자의 성장을 촉진시켰다고 볼 수 있다.Therefore, since the particle size of the average fine particles increases with increasing flow rate of the reactor body 140, this increases the total saturated vapor pressure of the iron (Fe) metal precursor in which the increase of carbon monoxide (CO) gas and the carbon source flowing from the precursor can be condensed. By increasing the number of collisions between particles can be said to promote the growth of nanoparticles.

도 4 의 (a)와 (b)에는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 동시반응공정으로 일산화탄소(CO) 400sccm, 500℃와 1100℃에서 합성된 철(Fe) 미립자의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진 및 Micro-EDS 분석결과가 도시되어 있다.4 (a) and 4 (b) are carbon monoxide (CO) 400 sccm, 500 ° C., and 1100 ° C. as a simultaneous reaction step of a carbide-coated iron (Fe) nanopowder manufacturing process by chemical vapor condensation according to the present invention. High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photographs and Micro-EDS analysis results of the synthesized iron (Fe) particles are shown.

먼저 (a)에 도시된 바에 따르면, 고분해능TEM 결과로부터 상기 조건에서 제조된 미립자는 2층 코팅 미립자가 아니고, 외각 코팅층(두께 : 약 2nm)과 내부 코아(Core) 사이에 또 다른 중간층(두께 : 약 2nm) 이 있음을 알 수 있다. 이는 결정격자간격 측정으로부터 최고 안쪽 코아(Core)는 격자간격이 약 2.0407Å인 Fe(110) 면이며, 중간층은 격자간격이 2.986Å인 Fe3C이고, 최외부 코팅층은 결정구조를 가지지 않은 비정질의 탄소층으로 약 2nm의 두께를 형성하고 있음을 알 수 있다.First, as shown in (a), from the high-resolution TEM results, the microparticles produced under the above conditions are not two-layer coated microparticles, but another intermediate layer (thickness: between the outer coating layer (thickness: about 2 nm) and the inner core (thickness: About 2 nm). From the crystal lattice gap measurement, the innermost core is the Fe (110) plane with a lattice spacing of about 2.0407Å, the middle layer is Fe 3 C with a lattice spacing of 2.986Å, and the outermost coating layer is amorphous without crystal structure. It can be seen that a carbon layer of about 2 nm is formed.

이러한 3층 구조는 아직까지 나노미립자 및 나노미립자 코티층 형성 연구에서 제시되지 않았던 독특한 결과로, 이에 대한 원인은 상기 조건에서의 반응온도가 아직 완전히 Fe3C를 형성하지 못하는 온도이기 때문에 탄소층과의 중간 반응층이 형성된 것으로 판단된다. 그리고, Micro-EDS 분석에서도 표면층이 철(Fe)과 탄소(C)로만 이루어져 있음을 제시하고 있다.This three-layer structure is a unique result that has not yet been suggested in nanoparticle and nanoparticulate corti-layer formation studies. The reason for this is that the reaction temperature under the above conditions does not form Fe 3 C yet. It is judged that the intermediate reaction layer of was formed. The micro-EDS analysis also suggests that the surface layer consists only of iron (Fe) and carbon (C).

다음으로 (b)에 도시된 바에 따르면, 제조된 미립자는 전형적인 코아(Core)/셀(Shell) 구조로 중간층의 형성이 보이지 않는데, 이는 철(Fe)이 탄소(C)와 완전히 반응하여 Fe3C 코아(Core)를 형성하고 표면에 비정질의 탄소층을 형성한 것으로 분석된다. 그리고, Micro-EDS 분석에서도 철(Fe)과 탄소(C)로만 이루어져 있음을 알 수 있다.Next, as shown in (b), the prepared microparticles do not show the formation of an intermediate layer with a typical core / shell structure, which is due to the fact that iron (Fe) reacts completely with carbon (C) to form Fe 3. It is analyzed that C cores are formed and an amorphous carbon layer is formed on the surface. In addition, it can be seen that the micro-EDS analysis only consists of iron (Fe) and carbon (C).

도 5 의 (a)와 (b)에는 본 발명에 따른 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정의 지연동시반응공정으로 반응로의 내부 압력을 각각 100Torr 및 600Torr로 변화시킨 후 700℃에서 제조한 나노코팅 철(Fe) 분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진 및 Micro-EDS 분석결과가 도시되어 있다.5 (a) and (b) is a delayed simultaneous reaction process of a carbide-coated iron (Fe) nanopowder manufacturing process according to the chemical vapor condensation method according to the present invention to 100 Torr and 600 Torr, respectively High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) photographs and micro-EDS analysis results of nano-coated iron (Fe) powders prepared at 700 ° C. are shown.

이에 도시된 바에 따르면, 전술한 동시반응공정과는 달리 Fe3C가 형성되지 않고 Fe상이 지배적으로 나타나 있는 것을 볼 수 있다. 이는 상기 반응로(220)에서 금속 클러스터(Cluster)들과 반응기체(140)의 반응이 상당히 지연되어 Fe 금속 나노미립자가 형성된 후 반응기체(140)와 접촉되었기 때문으로 분석된다.As shown, unlike the above-described simultaneous reaction process, it can be seen that Fe 3 C is not formed and the Fe phase is dominant. This is because the reaction between the metal clusters and the reactor body 140 in the reactor 220 is considerably delayed and the Fe metal nanoparticles are formed and then contacted with the reactor body 140.

그리고, Micro-EDS 분석 결과에서도 모든 미립자가 Fe 코아(Core)와 탄소(C) 셀(Shell)로 이루어져 있음을 알 수 있다. 여기에서 표면 코팅층의 두께는 약 3 ~ 4nm이며, 내부 압력이 증가할수록, 또한 탄소함량이 증가할수록 두께가 증가하게 된다.In addition, the micro-EDS analysis results show that all the particles are made of Fe core (Core) and carbon (C) shell. Here, the thickness of the surface coating layer is about 3 ~ 4nm, the thickness increases as the internal pressure increases, and as the carbon content increases.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many other modifications based on the present invention may be made by those skilled in the art within the above technical scope.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정에서는, 기화단계에서의 전구체를 철펜타카보닐[Fe(CO)5], 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3], 철아세테이드[(CH 3CO2)2Fe] 중 어느 하나를 사용하고, 반응단계에서의 반응기체를 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2 ), 에틸렌(C2H4), 아르곤(Ar), 수소(H2)와 이들의 혼합기체 중 어느 하나를 사용하여, 기화단계에서 기화된 기화물과 반응기체를 동시에 반응로에 주입하거나(동시반응공정), 기화물을 반응로에서 입자로 형성시킨 후 반응기체를 주입하여 반응시키는 반응단계를 거치도록 하여(지연동시반응공정) 코팅나노분말을 응축시켜 회수하도록 구성하였다. In the manufacturing process of the carbide-coated iron (Fe) nano-powder by the chemical vapor condensation method of the present invention as described above, the precursor in the vaporization step is iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] is used, and the reaction gas in the reaction step is carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), By using any one of acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) and a mixture thereof, the vaporized gas and the reaction gas in the vaporization step at the same time It is configured to condense and recover the coated nano powder by injecting it into a reactor (simultaneous reaction process) or forming a vaporized particle in the reactor and then injecting a reactant to react the reaction (delayed simultaneous reaction process). It was.

따라서, 다양한 크기 및 조직을 갖는 나노 탄화물이 코팅된 철(Fe) 분말의 제조가 가능하며, 이를 확대 발전시키면 폴리머 코팅, 세라믹 나노 금속 및 세라믹 분말의 제조가 가능하게 되는 효과가 기대된다.Therefore, it is possible to produce a nano-carbide-coated iron (Fe) powder having a variety of sizes and textures, the expansion and development is expected to effect the production of polymer coating, ceramic nano metal and ceramic powder.

그리고, 코팅층의 두께, 상(相) 제어 등 미세구조 특성을 공정중에 다양하게 제어할 수 있어 다양한 분야에 나노분말 코팅기술을 적용할 수 있는 효과가 기대된다.In addition, the microstructure characteristics such as the thickness and phase control of the coating layer can be variously controlled during the process, and thus the effect of applying nanopowder coating technology to various fields is expected.

또한, 응집성 및 순도면에서 우수한 고특성의 나노분말 제조가 가능하고, 다양하게 미세조직을 제어할 수 있으므로 고부가 가치의 고기능성 부품의 원료 재료로 사용될 수 있는 효과도 기대된다.In addition, it is possible to manufacture nanopowders having high characteristics with excellent cohesiveness and purity, and to control various microstructures, and thus, an effect that can be used as a raw material for high value-added high-functional parts is also expected.

Claims (5)

철(Fe)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계와;A vaporization step of vaporizing a precursor containing iron (Fe); 상기 기화단계에서 기화된 기화물과 반응기체를 열분해반응이 일어나는 반응로에 동시에 주입하거나, 상기 기화물을 상기 반응로에서 입자로 형성시킨 후 반응기체를 주입하여 반응시키는 반응단계와;A reaction step of simultaneously injecting the vaporized gas and the reactor gas in the vaporization step into a reactor in which a pyrolysis reaction occurs, or forming the vaporized gas into particles in the reactor and injecting the reactant into the reactor; 상기 반응단계에서 형성된 코팅나노분말을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정.Carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by chemical vapor condensation method characterized in that it comprises a condensation, recovery step of condensing and recovering the coating nano-powder formed in the reaction step. 제 1 항에 있어서, 상기 전구체(Precursor)는 철펜타카보닐[Fe(CO)5], 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3], 철아세테이드[(CH3CO2) 2Fe] 중 어느 하나임을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정.The method of claim 1, wherein the precursor (Precursor) is iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] is a carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method, characterized in that any one. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기체는 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 아르곤(Ar), 수소(H2 )와 이들의 혼합기체 중 어느 하나임을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정.The method of claim 1, wherein the reactor is carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) and their Carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method, characterized in that any one of the mixed gas. 제 1 항에 있어서, 상기 반응로의 온도는 500℃ ~ 1100℃임을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정.The process of claim 1, wherein the temperature of the reactor is 500 ℃ ~ 1100 ℃ carbide (Fe) nano-powder manufacturing process coated with carbide by the chemical vapor condensation method. 제 1 항에 있어서, 상기 반응단계에서의 반응로 압력은 진공에서 상압까지의 범위로 제어 가능함을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 탄화물이 코팅된 철(Fe) 나노분말 제조공정.The process of claim 1, wherein the reactor pressure in the reaction step can be controlled in a range from vacuum to normal pressure, carbide-coated iron (Fe) nano-powder manufacturing process by the chemical vapor condensation method.
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