KR20090103530A - 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치 - Google Patents
실리콘 카바이드 나노분말 합성장치Info
- Publication number
- KR20090103530A KR20090103530A KR1020080029196A KR20080029196A KR20090103530A KR 20090103530 A KR20090103530 A KR 20090103530A KR 1020080029196 A KR1020080029196 A KR 1020080029196A KR 20080029196 A KR20080029196 A KR 20080029196A KR 20090103530 A KR20090103530 A KR 20090103530A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon carbide
- synthesis
- plasma
- gas supply
- supply unit
- Prior art date
Links
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 title claims abstract description 77
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 66
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 89
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 82
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 18
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims description 5
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 12
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 9
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 8
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 5
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
- C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
-
- 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
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/14—Vacuum chambers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Abstract
본 발명은 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치에 관한 것으로, 일정 진공도가 유지된 합성장치에 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마에 실리콘-카본 화합물이 포함된 전구체가스 및 이송가스를 공급하는 전구체가스 공급부와 급냉각가스를 일정각도로 경사지게 공급하는 냉각가스 공급부 및 탄소전극을 포함하여 구성된다.
상기에 의하면, 냉각가스 공급부에 의해 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말 합성시 나노입자 표면을 급냉각시킴에 따라 입자표면 열을 낮출 수 있고, 냉각가스가 일정각도 경사지게 공급되어 회오리 현상을 발생함에 따라 합성된 실리콘 카바이드 나노분말 입자들의 뭉침현상을 최소화시킬 수 있다.
Description
본 발명은 합성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아르곤 가스를 이용하여 합성되는 실리콘 카바이드 나노분말의 나노입자 표면 열을 저하시키고, 합성장치 내부에 회오리 현상을 발생시켜 실리콘 카바이드 나노분말 입자들의 상호충돌이 최소화됨에 따라 균일한 형태의 실리콘 카바이드 나노분말을 합성시킬 수 있는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치에 관한 것이다.
일반적으로, 핵융합로(fusion reactor)용 고온 구조재료(high temperature structural materials)는 다양한 물질을 사용하고 있는데, 고온 구조재료용 후보물질 중의 하나로 SiC 복합재료가 사용되고 있다.
이 SiC 복합재료는 핵융합로에서 고온의 방사선 환경에서 열 차폐 및 방사선 차폐를 주목적으로 현재 활발하게 연구 개발이 진행되고 있다.
이러한 SiC 복합재료는 실리콘 카바이드(Silicon Carbide, SiC) 나노분말을 기본 원료물질로 사용하고 있으며, 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말은 크게 두 가지 방법으로 사용되고 있다.
첫째 방법은 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말만을 사용하여 SiC 복합재료를 개발하는 것이고, 둘째 방법은 기존의 SiC 마이크로 분말과 SiC 나노분말을 적절하게 혼합하여 복합재료를 개발하는 것이다.
이러한 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말의 기상합성법 중 대표적인 화염 합성법은 대량의 생산공정으로 흄드 실리카(Fumed Silica), 산화티타늄(Titanium oxide), 카본 블랙(carbon black)을 대량으로 생산하는 공정에 사용되고 있으며 가장 경제적인 공정으로 잘 알려져 있다.
그러나 종래의 화염 합성법에 의한 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말의 기상합성은 반응물의 열분해됨에 따라 나노입자들이 서로 엉켜서 큰 입자들로 응집되는 형상이 발생되는 문제점이 있다.
이러한 현상은, 반응물의 열분해시 나노입자의 크기가 작아짐에 따라 비표면적이 크게 증가되어 표면반응에 참여할 수 있는 표면에너지와 입자표면의 전자의 dangle bonds가 크게 증가되기 때문에 발생되는 것이다.
또한, 반응물의 열분해 후, 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말로 기성합성되면서 나노분말의 표면은 고온상태가 되는데, 상기와 같은 뭉침현상은 고온의 열원 주변에서 흔히 발생되는 현상인 것이다.
상기와 같이, 나노입자들이 서로 뭉치게 되면, 합성된 입자가 과도하게 커져서 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말의 최종 물성과 품질이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 실리콘 카바이드 나노분말의 뭉침현상은 화염 합성법뿐 아니라 열분해되는 거의 모든 합성법에서 발생되는 현상이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 플라즈마가 형성된 합성용기 내부에 반응물 혼합가스를 공급하는 전구체가스 공급부와 급냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부 및 탄소전극을 구비하여 반응물의 열분해 후 합성시 나노분말을 급냉각시킴으로 실리콘 카바이드 나노분말을 용이하게 합성시킬 수 있다.
그리고 냉각가스 공급부를 합성용기 중심선을 기준으로 일정각도 경사지게 설치하여 합성용기 내부에 회오리 현상(swirling turbulence)을 발생시켜 나노분말의 급냉각은 물론, 신속한 배출을 유도할 수 있어 실리콘 카바이드 나노분말의 기상합성 효율을 향상시킬 수 있게 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 내부에 일단으로 개방된 공간부가 형성된 합성용기, 상기 합성용기 내부에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 토치부, 상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에 액상 실리콘-카본 화합물을 캐리어 가스에 의해 이송시키며 혼합가스 상태로 공급하는 전구체가스 공급부, 상기 전구체가스 공급부의 양측에서 급냉각가스를 상기 합성용기의 중심선과 일정각도로 공급하는 한 쌍의 냉각가스 공급부, 상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에서 합성반응의 플라즈마 전극(Anode)으로 사용되는 탄소전극, 및 상기 합성용기의 개방된 일단부에 구비되어 내부 공간부를 일정진공도로 유지시키며, 실리콘 카바이드 나노분말 외 다른 물질들을 배기가스 형태로 배출시키는 진공펌프를 포함하여 이루어지고, 상기 합성용기에서 합성되는 실리콘 카바이드 나노분말이 상기 냉각가스 공급부에서 공급되는 급냉각가스에 의해 급냉각됨과 동시에 회오리 현상이 발생되어 나노분말간의 상호충돌을 최소화시키면서 배출되기 때문에 나노분말 입자들의 뭉침현상을 최소화 또는 방지한다.
바람직하게, 상기 합성용기는 개방된 일단부가 중심방향으로 절곡되어 깔때기 형상으로 형성된다.
그리고 상기 플라즈마 토치부는 아르곤(Ar) 가스를 사용하는 직류 아크(DC arc: Direct Current arc) 플라즈마를 발생시킨다.
또한, 상기 진공펌프는, 상기 플라즈마 토치부가 점화되지 않은 상태의 합성용기 내부 진공도를 10-1 ~ 10-3 Torr로 유지시킨다.
그리고 상기 진공펌프는, 상기 플라즈마 토치부가 점화 후 상기 합성용기 내부 진공도를 200 ~ 400 Torr로 유지시킨다.
또한, 상기 전구체가스 공급부의 캐리어 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 제논(Xe) 중 선택된 어느 하나 이상 사용된다.
그리고 상기 냉각가스 공급부는 상기 합성용기의 나노분말 배출방향 중심선을 기준으로 10 ~ 30°의 경사를 이루진다.
또한, 상기 냉각가스 공급부의 급냉각가스는 아르곤(Ar)이다.
그리고 상기 냉각가스 공급부의 아르곤(Ar) 급냉각가스는 10 ~ 50 lpm(L/min: Liters per minute)로 공급된다.
또한, 상기 전구체가스 공급부에서 공급된 혼합가스는 생성된 플라즈마에 의해 열분해되어 실리콘(Si) 원자(분자), 탄소(C) 원자(분자)등으로 분해시키고, 이렇게 열분해된 각각의 원자(분자)들은 플라즈마 열원에 의해서 또다시 표면화학 반응을 일으켜서 나노분말 합성반응이 진행되며, 또한 동시에 상기 탄소전극의 탄소(C) 원자(분자)들과의 화학적 결합에 의해서도 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말의 합성이 소량 가능하다.
그리고 내부에 일단으로 개방된 공간부가 형성되고, 개방된 일단부가 중심방향으로 절곡되어 깔때기 형상으로 형성된 합성용기, 상기 합성용기 내부에 직류 아크(DC arc:Direct Current arc) 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 토치부, 상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에 액상 실리콘-카본 화합물을 캐리어 가스에 의해 이송시키며 혼합가스 상태로 공급하는 전구체가스 공급부, 상기 전구체가스 공급부의 양측에서 급냉각가스를 상기 합성용기의 나노분말 배출방향 중심선과 10 ~ 30°의 경사각으로 공급하는 한 쌍의 냉각가스 공급부, 상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에서 합성반응의 플라즈마 전극(Anode)으로 사용되는 탄소전극, 및 상기 합성용기의 개방된 일단부에 구비되어 내부 공간부를 일정한 진공도로 유지시키며, 실리콘 카바이드 나노분말 외 다른 물질들을 배기가스 형태로 배출시키는 진공펌프를 포함하여 이루어지며, 상기 전구체가스 공급부에서 공급된 혼합가스는 생성된 플라즈마에 의해 열분해되어 실리콘(Si) 원자(분자), 탄소(C) 원자(분자)등으로 분해시키고, 플라즈마 열원에 의해서 표면화학 반응에 의해서 화학적 결합에 의해 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말을 형성시키며, 상기 합성용기에서 합성되는 실리콘 카바이드 나노분말이 상기 냉각가스 공급부에서 공급되는 급냉각가스에 의해 급냉각됨과 동시에 회오리 현상이 발생되어 나노분말간의 상호충돌을 최소화시키면서 배출되기 때문에 나노분말 입자들의 뭉침현상을 최소화 또는 방지한다.
또한, 상기 진공펌프는, 상기 플라즈마 토치부가 점화되지 않은 상태의 합성용기 내부 진공도를 10-1 ~ 10-3 Torr로 유지시킨다.
그리고 상기 진공펌프는, 상기 플라즈마 토치부가 점화 후 상기 합성용기 내부 진공도를 200 ~ 400 Torr로 유지시킨다.
또한, 상기 냉각가스 공급부의 급냉각가스는 아르곤(Ar)이다.
그리고 상기 냉각가스 공급부의 아르곤(Ar) 급냉각가스는 10 ~ 50 lpm(L/min: Liters per minute)로 공급된다.
또한, 상기 전구체가스 공급부의 캐리어 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 제논(Xe) 중 선택된 어느 하나 이상 사용된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치에 의하면, 냉각가스 공급부에 의해 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말 합성시 나노입자 표면을 급냉각시킴에 따라 고온의 표면열 발생을 방지할 수 있고, 냉각가스가 일정각도 경사지게 공급되어 회오리 현상을 발생함에 따라 합성된 실리콘 카바이드 나노분말 입자들의 뭉침현상을 최소화시킬 수 있어 서브미크론(sub-micron) 분말 생성을 최소화 또는 방지할 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치의 평단면도를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치의 냉각가스 공급부의 설치각도를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치의 사용상태를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치에 의한 나노분말의 상태를 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 합성장치 100 : 합성용기
200 : 진공펌프 300 : 플라즈마 토치부
400 : 전구체가스 공급부 500 : 냉각가스 공급부
600 : 탄소전극
a : 냉각가스 공급부의 설치각도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치의 평단면도를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치의 냉각가스 공급부의 설치각도를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치의 사용상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치에 의한 나노분말의 상태를 도시한 도면이다.
도면에서 도시한 바와 같이, 합성장치(10)는 합성용기(100)와 진공펌프(200), 플라즈마 토치부(300), 전구체가스 공급부(400), 반응가스 공급부(500) 및 탄소전극(600)으로 구성되며, 합성용기(100)는 내부가 일단으로 개방된 공간부가 형성된다.
그리고 합성용기(100)의 개방된 일단은 중심방향으로 절곡된 깔때기 형상으로 형성되는 것으로, 합성용기(100) 개방된 일단부의 이동속도를 증가시켜 공급되는 다수의 물질들을 신속하게 배출시킴이 바람직하다.
진공펌프(200)는 개방된 합성용기(100)의 일단부에 구비되어 합성용기(100) 내부의 진공상태를 유지하고, 실리콘 카바이드 나노분말 외 다른 물질들을 배기가스 형태로 배출시키게 된다.
그리고 플라즈마 토치부(300)는 합성용기(100)의 내부 공간부에 플라즈마를 형성시키는 것으로, 아르곤(Ar) 가스를 사용하는 직류 아크(DC arc: Direct Current arc) 플라즈마를 발생시킨다.
전구체가스 공급부(400)는 액상 실리콘-카본 화합물을 캐리어 가스에 의해 이송시키며 혼합가스 상태로 플라즈마가 생성된 합성용기(100) 내부에 공급된다.
캐리어 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 제논(Xe) 중 선택된 어느 하나 이상 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 예로 아르곤(Ar)을 사용함이 바람직하다.
그리고 전구체가스 공급부(400)에 의해 공급되는 혼합가스는 반응물을 포함하는 것으로, 혼합가스가 합성용기(100)의 플라즈마를 거치며 반응물이 열분해된 후, 기성합성 반응에 의해서 화학적 결합이 이루어지게 된다.
다시 말해, 전구체가스 공급부(400)에서 공급된 반응물이 플라즈마에 의해 실리콘(Si) 원자(분자), 탄소(C) 원자(분자)로 열분해되고, 이렇게 열분해된 각각의 원자(분자)들은 또다시 플라즈마 열원에 의해서 표면화학 반응에 의해 조금 더 안정한 더 낮은 표면에너지를 갖는 나노입자들로 합성반응이 이루어지며, 또한 동시에 플라즈마 전극(Anode)인 탄소전극(600)에서 공급되는 탄소(C)와도 화학적 결합이 이루어져 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말의 합성반응이 소량 이루어지는 것이다.
이때, 전구체가스 공급부(400)의 양측에는 한 쌍의 냉각가스 공급부(500)가 구비되어 급냉각가스를 공급하는 것으로, 이 급냉각가스에 의해 열분해 후 기상합성시 발생되는 고온을 저하시키는 것이다.
이 냉각가스 공급부(500)에서 공급되는 급냉각가스는 아르곤(Ar)을 사용하면 바람직하며, 경우에 따라 나노분말의 표면을 급냉각시킬 수 있는 물질이라면 다양하게 사용될 수 있다.
상기 냉각가스 공급부(500)는 일정한 각도로 경사지게 형성되는 것으로, 냉각가스 공급부(500)의 설치각(a)은 합성용기(100)의 중심선을 기준으로 10 ~ 30°를 이룬다.
이와 같이, 설치된 냉각가스 공급부(500)는 합성용기(100) 내부 공간부에 회오리 현상을 발생시켜 열분해 후 합성되는 나노분말을 급냉각시킴과 동시에 신속하게 배출시킴에 따라 나노분말간 상호 충돌을 최소화시킬 수 있는 것이다.
이때, 상기 냉각가스 공급부(500)의 아르곤(Ar) 급냉각가스는 10 ~ 50lpm(L/min)로 공급됨이 바람직하다.
그리고 진공펌프(200)는 플라즈마 토치부(300)가 점화되지 않은 상태의 합성용기(100) 내부 진공도를 10-1 ~ 10-3 Torr로 유지시킨 후 플라즈마 토치부(300)를 점화시켜 합성용기(100) 내부에 플라즈마를 형성하게 되며, 진공펌프(200)에 의해 합성용기(100)의 초기 내부 진공도는 10-2 Torr로 유지됨이 바람직하다.
이와 같이, 플라즈마가 생성된 합성용기(100)의 내부에 냉각가스 공급부(500)에 의해 급냉각가스가 일정한 각도로 공급되면 합성용기(100) 내부 진공도는 200 ~ 400 Torr가 되고, 진공펌프(200)에 의해 약 300 Torr의 진공도로 유지시키게 된다.
약 300 Torr의 진공도를 유지한 합성용기(100) 내부에 전구체가스 공급부(400)에서 공급되는 반응물 혼합가스가 공급되면서 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말의 열분해 및 기상합성이 이루어지며, 냉각가스 공급부(500)의 급냉각가스에 의해 나노분말의 표면에서 고온의 열발생이 최소화됨과 동시에 급냉각가스의 회오리 현상에 의해 신속하게 배출되는 것이다.
Claims (16)
- 내부에 일단으로 개방된 공간부가 형성된 합성용기;상기 합성용기 내부에 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 토치부;상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에 액상 실리콘-카본 화합물을 캐리어 가스에 의해 이송시키며 혼합가스 상태로 공급하는 전구체가스 공급부;상기 전구체가스 공급부의 양측에서 급냉각가스를 상기 합성용기의 중심선과 일정한 각도로 공급하는 한 쌍의 냉각가스 공급부;상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에서 합성반응의 플라즈마 전극(Anode)으로 사용되는 탄소전극; 및상기 합성용기의 개방된 일단부에 구비되어 내부 공간부를 일정진공도로 유지시키며, 실리콘 카바이드 나노분말 외 다른 물질들을 배기가스 형태로 배출시키는 진공펌프를 포함하여 이루어지고,상기 합성용기에서 합성되는 실리콘 카바이드 나노분말이 상기 냉각가스 공급부에서 공급되는 급냉각가스에 의해 급냉각됨과 동시에 회오리 현상이 발생되어 나노분말간의 상호충돌을 최소화시키면서 배출되기 때문에 나노분말 입자들의 뭉침현상을 최소화 또는 방지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서,상기 합성용기는 개방된 일단부가 중심방향으로 절곡되어 깔때기 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서,상기 플라즈마 토치부는 아르곤(Ar) 가스를 사용하는 직류 아크(DC arc: Direct Current arc) 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공펌프는,상기 플라즈마 토치부가 점화되지 않은 상태의 합성용기 내부 진공도를 10-1 ~ 10-3 Torr로 유지시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공펌프는,상기 플라즈마 토치부가 점화 후 상기 합성용기 내부 진공도를 200 ~ 400 Torr로 유지시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서,상기 전구체가스 공급부의 캐리어 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 제논(Xe) 중 선택된 어느 하나 이상 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서,상기 냉각가스 공급부는 상기 합성용기의 나노분말 배출방향 중심선을 기준으로 10 ~ 30°의 경사각을 이루는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서,상기 냉각가스 공급부의 급냉각가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제7항에 있어서,상기 냉각가스 공급부의 아르곤(Ar) 급냉각가스는 10 ~ 50 lpm(L/min)로 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제1항에 있어서,상기 전구체가스 공급부에서 공급된 혼합가스는 생성된 플라즈마에 의해 열분해되어 실리콘(Si) 원자(분자), 탄소(C) 원자(분자) 등으로 분해시키는 동시에 상기 플라즈마 열원에 의해서 표면화학 반응에 의해서 화학적 결합에 의해 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말이 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 내부에 일단으로 개방된 공간부가 형성되고, 개방된 일단부가 중심방향으로 절곡되어 깔때기 형상으로 형성된 합성용기;상기 합성용기 내부에 직류 아크(DC arc:Direct Current arc) 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 토치부;상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에 액상 실리콘-카본 화합물을 캐리어 가스에 의해 이송시키며 혼합가스 상태로 공급하는 전구체가스 공급부;상기 전구체가스 공급부의 양측에서 급냉각가스를 상기 합성용기의 나노분말 배출방향 중심선과 10 ~ 30°의 경사로 공급하는 한 쌍의 냉각가스 공급부;상기 플라즈마가 생성된 합성용기 내부에서 합성반응의 플라즈마 전극(Anode)으로 사용되는 탄소전극; 및상기 합성용기의 개방된 일단부에 구비되어 내부 공간부를 일정한 진공도로 유지시키며, 실리콘 카바이드 나노분말 외 다른 물질들을 배기가스 형태로 배출시키는 진공펌프를 포함하여 이루어지며,상기 전구체가스 공급부에서 공급된 혼합가스는 생성된 플라즈마에 의해 열분해되어 실리콘(Si) 원자(분자), 탄소(C) 원자(분자) 등으로 분해시키는 동시에 상기 플라즈마 열원에 의해서 표면화학 반응에 의해서 화학적 결합에 의해 실리콘 카바이드(SiC) 나노분말을 형성시키며,상기 합성용기에서 합성되는 실리콘 카바이드 나노분말이 상기 냉각가스 공급부에서 공급되는 급냉각가스에 의해 급냉각됨과 동시에 회오리 현상이 발생되어 나노분말간의 상호충돌을 최소화시키면서 배출되기 때문에 나노분말 입자들의 뭉침현상을 최소화 또는 방지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제11항에 있어서, 상기 진공펌프는,상기 플라즈마 토치부가 점화되지 않은 상태의 합성용기 내부 진공도를 10-1 ~ 10-3 Torr로 유지시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제11항에 있어서, 상기 진공펌프는,상기 플라즈마 토치부가 점화 후 상기 합성용기 내부 진공도를 200 ~ 400 Torr로 유지시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제11항에 있어서,상기 냉각가스 공급부의 급냉각가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제11항에 있어서,상기 냉각가스 공급부의 아르곤(Ar) 급냉각가스는 10 ~ 50 lpm(L/min)로 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
- 제11항에 있어서,상기 전구체가스 공급부의 캐리어 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 제논(Xe) 중 선택된 어느 하나 이상 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080029196A KR20090103530A (ko) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080029196A KR20090103530A (ko) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090103530A true KR20090103530A (ko) | 2009-10-01 |
Family
ID=41533059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080029196A KR20090103530A (ko) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090103530A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120131491A (ko) * | 2011-05-25 | 2012-12-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 실리콘 카바이드 제조 장치 및 실리콘 카바이드 제조 방법 |
| KR101371555B1 (ko) * | 2012-10-24 | 2014-03-12 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 리튬 이차전지 음극 활물질용 실리콘-탄소 복합 나노 분말의 제조방법 |
| KR20160009817A (ko) * | 2014-07-16 | 2016-01-27 | 한국에너지기술연구원 | 플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치 및 이를 이용한 Si-C 복합체 제조방법 |
-
2008
- 2008-03-28 KR KR1020080029196A patent/KR20090103530A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120131491A (ko) * | 2011-05-25 | 2012-12-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 실리콘 카바이드 제조 장치 및 실리콘 카바이드 제조 방법 |
| KR101371555B1 (ko) * | 2012-10-24 | 2014-03-12 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 리튬 이차전지 음극 활물질용 실리콘-탄소 복합 나노 분말의 제조방법 |
| KR20160009817A (ko) * | 2014-07-16 | 2016-01-27 | 한국에너지기술연구원 | 플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치 및 이를 이용한 Si-C 복합체 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6409851B1 (en) | Microwave plasma chemical synthesis of ultrafine powders | |
| EP1843834B1 (en) | Induction plasma synthesis of nanopowders | |
| Lin et al. | An atmospheric pressure microplasma process for continuous synthesis of titanium nitride nanoparticles | |
| EP2040867B1 (en) | Method for producing metal nanopowders by decomposition of metal carbonyl using an induction plasma torch | |
| US8859931B2 (en) | Plasma synthesis of nanopowders | |
| EP3077100B1 (en) | Process and apparatus for the production of carbon nanotubes | |
| TW202214520A (zh) | 矽產物之合成 | |
| CN110540208A (zh) | 一种生产硅的方法 | |
| Oh et al. | Synthesis of cobalt boride nanoparticles and h-BN nanocage encapsulation by thermal plasma | |
| KR20090103530A (ko) | 실리콘 카바이드 나노분말 합성장치 | |
| Kim et al. | Thermal plasma synthesis of ceramic nanomaterials | |
| Shin et al. | Production of nanocrystalline titanium nitride powder by atmospheric microwave plasma torch in hydrogen/nitrogen gas | |
| Sung et al. | Two-stage plasma nitridation approach for rapidly synthesizing aluminum nitride powders | |
| JP2002128511A (ja) | 火炎で合成した窒化アルミニウム製フィラー粉体 | |
| Fu et al. | Microwave plasma synthesis of nanostructured γ‐Al2O3 powders | |
| CN209997611U (zh) | 一种用液态或气态前驱体生产纳米材料的设备 | |
| KR101621235B1 (ko) | 열플라즈마를 이용한 입방질화붕소 나노분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 입방질화붕소 나노분말 | |
| JPH0122813B2 (ko) | ||
| KR101835726B1 (ko) | 산화세륨 나노 분말의 제조방법 및 산화세륨 나노 분말을 제조하기 위한 dc 비이송식 열플라즈마 장치 | |
| Chun et al. | Optical and structural properties of ZnO nanoparticles synthesized by CO2 microwave plasma at atmospheric pressure | |
| KR101600045B1 (ko) | 열플라즈마 제트를 이용한 질화붕소 나노분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 질화붕소 나노분말 | |
| KR20190116612A (ko) | 금속분말 또는 금속합금 제조를 위한 마이크로웨이브 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 금속화합물 또는 금속화합물이 포함된 물질 및 금속분말을 처리하는 방법 | |
| JPS6234416B2 (ko) | ||
| JP2006247551A (ja) | 微細液滴の発生方法とそれを用いた微粒子の製造方法及び微粒子 | |
| KR101552175B1 (ko) | 플라즈마를 이용한 나노입자 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |