KR20190132568A

KR20190132568A - 탄화티탄 미립자의 제조방법

Info

Publication number: KR20190132568A
Application number: KR1020197034249A
Authority: KR
Inventors: 슈 와타나베; 케이타로 나카무라
Original assignee: 닛신 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2019-11-27
Also published as: KR20150027124A; CN104411634B; CN104411634A; US9751769B2; WO2014002695A1; TWI588092B; TW201412644A; KR102103131B1; JP6061929B2; JPWO2014002695A1; US20150175429A1

Abstract

탄화티탄 미립자의 제조방법은, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 열플라즈마염 중에 공급하는 공정과, 열플라즈마염의 종단부에, 냉각용 가스와 탄소원으로서 반응성 가스를 공급하여, 탄화티탄 미립자를 생성하는 공정을 가진다. 반응성 가스의 공급량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾼다. 이것에 의해, 예를 들면, 체적 저항값이 다른 탄화티탄 미립자를 생성할 수 있다.

Description

탄화티탄 미립자의 제조방법{METHOD FOR PRODUCTION OF TITANIUM CARBIDE MICROPARTICLES}

본 발명은, 탄화티탄 미립자의 제조방법에 관한 것이고, 특히, 물성치로서, 예를 들면, 희망하는 전기 저항을 가진 탄화티탄 미립자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

현재, 산화물 미립자, 질화물 미립자, 탄화티탄 미립자 등의 미립자는, 반도체 기판, 프린트 기판, 각종 전기 절연부품 등의 전기 절연 재료, 절삭 공구, 다이스, 베어링 등의 고경도 고정밀도의 기계 공작 재료, 입계 콘덴서, 습도 센서 등의 기능성 재료, 정밀 소결 성형 재료 등의 소결체의 제조, 엔진 밸브 등의 고온 내마모성이 요구되는 재료 등의 용사 부품 제조, 또한 연료 전지의 전극, 전해질 재료 및 각종 촉매 등의 분야에서 이용되고 있다.

상술한 미립자 중, 탄화티탄 미립자에 대해서는, 예를 들면, 특허문헌 1, 2에 개시된 제조방법에 의해 제조된다.

특허문헌 1은, 균일하고 또 미세한 탄화티탄 분말(탄화티탄 미립자)을 용이하게 얻을 수 있는 것을 목적으로 하는 것이다. 특허문헌 1에는, 산화티탄과 탄소를 비산화 분위기하에서 1300℃~1800℃의 온도로 소성함으로써, 탄화티탄을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에서는, 평균 입경이 0.1~5㎛의 산화티탄 100중량부에 대해서, 첨가제로서 평균 입경 0.05㎛ 이하의 산화티탄을 0.05~30중량부 첨가하고 있다.

특허문헌 2는, 균일한 소결체를 가져오는 균립(homogeneous)·조립(coarse)의 탄화티탄 분말, 또 도전성 폴리머에 제공되는 탄화티탄 등의 분야에 있어서 균립·조립의 탄화티탄 분말과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

특허문헌 2에는, 원료로서 산화티탄 및 탄소를 이용하고, 수소 분위기 중에서, 1500~1750℃의 온도에서, 환원, 탄화하는 탄화티탄 분말의 제조방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에서는, 1차 입자가 1㎛ 이하로 BET값이 2㎡/g 이상의 원료 산화티탄을 이용하는 것, 탄소원으로서, 1차 입자가 0.5㎛ 이하로 연속적으로 결합하고 있지 않은 카본 블랙을 이용하는 것이 개시되어 있다.

또한, 열처리 전의 원료의 혼합 공정에서 Co 및 Ni 중 1종 또는 2종을, 탄화티탄 분말의 베이스로 0.1~0.3 중량%를 첨가하고, 1500~1750℃의 온도로 가열함으로써 탄화티탄 분말의 입도를 제어하는 것도 이루어지고 있다.

일본 공개특허공보 평2-271919 호 일본 공개특허공보 2003-26416 호

상술한 바와 같이, 특허문헌 1, 2의 탄화티탄 미립자의 제조방법에서는, 입경을 제어하는 것은 개시되어 있다. 그렇지만, 탄화티탄에 관해서, 입경 이외의 물성치 등을 제어하는 제조방법이 없는 것이 현재의 상태이다. 이 때문에, 탄화티탄 미립자의 용도를 더 확대하거나, 탄화티탄 미립자를 이용하는 것에 의한 기능성을 더 향상시키는 것을 기대할 수 없는 것이 현재 상태이다.

본 발명의 목적은, 상기 종래 기술에 기초하는 문제점을 해소하고, 물성치로서, 예를 들면, 희망하는 전기 저항을 가진 탄화티탄 미립자의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 탄화티탄 미립자에 있어서, 산소 함유량이 바뀌면 체적 저항값(전기 저항)이 바뀐다고 하는 견지에 기초하여 이루어진 것이다. 본 발명에서는, 탄화티탄 미립자의 체적 저항값(전기 저항)을 희망하는 값으로 하기 위해서, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾼다.

구체적으로는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말과, 탄소원과, 열플라즈마염(thermal plasma flame)을 이용하여 탄화티탄 미립자를 생성하는 생성 공정을 가지고, 생성 공정에서는, 탄소원의 양을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것을 특징으로 하는 탄화티탄 미립자의 제조방법을 제공하는 것이다.

생성 공정은, 예를 들면, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 열플라즈마염 중에 공급하는 공정과, 열플라즈마염의 종단부에, 냉각용 가스와 탄소원으로서 반응성 가스를 공급하고, 탄화티탄 미립자를 생성하는 공정을 가지며, 반응성 가스의 공급량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾼다. 예를 들면, 반응성 가스는, 메탄가스이다.

또, 예를 들면, 생성 공정은, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을, 탄소원인 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질로 분산시켜 슬러리로 하고, 슬러리를 액적(droplet)화시켜 열플라즈마염 중에 공급하는 공정을 구비하며, 슬러리의 피드량(feed rate)을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾼다.

또, 예를 들면, 생성 공정은, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을, 탄소원인 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질로 분산시켜 슬러리로 하고, 슬러리를 캐리어 가스를 이용하여 액적화시켜 열플라즈마염 중에 공급하는 공정을 구비하며, 슬러리의 피드량이 일정하게 되도록 제어하고, 슬러리를 투입할 때의 캐리어 가스의 유량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾼다.

탄소를 포함하는 액체 상태의 물질은, 알코올, 케톤, 케로신, 옥탄 또는 가솔린인 것이 바람직하다.

열플라즈마염은, 예를 들면, 수소, 헬륨 및 아르곤 중 적어도 1개의 가스에 유래하는 것이다.

본 발명에 의하면, 물성치로서, 예를 들면, 희망하는 전기 저항을 가진 탄화티탄을 제조할 수 있다. 또한, 탄화티탄을 용이하게, 게다가 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 탄화티탄 미립자의 제조방법에 이용되는 미립자 제조장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 원료로서 티탄 분말을 공급하는 형태로 형성된 탄화티탄 미립자에 있어서의 산소 함유량과, 체적 저항값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 산화티탄 분말을 함유한 슬러리의 피드량과 산소 함유량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 산화티탄 분말을 함유한 슬러리를 이용하여 형성된 탄화티탄 미립자의 산소 함유량과, 체적 저항값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5(a)~(c)는, 탄화티탄 미립자의 X선회절법에 의한 결정 구조의 해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 산화티탄 분말을 함유한 슬러리의 공급량이 설정치가 되도록 제어하고, 캐리어 가스의 유량을 바꿔서 형성된 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 나타내는 그래프이다.

이하에, 첨부의 도면에 나타내는 적합한 실시형태에 기초하여, 본 발명의 탄화티탄 미립자의 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 탄화티탄 미립자의 제조방법에 이용되는 미립자 제조장치를 나타내는 모식도이다.

도 1에 나타내는 미립자 제조장치(10)(이하, 단순히 제조장치(10)라고 한다)는, 탄화티탄(TiC) 미립자의 제조에 이용되는 것이다.

제조장치(10)는, 열플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치(12)와, 탄화티탄 미립자의 제조용 재료(분말 재료)를 플라즈마 토치(12) 내로 공급하는 재료 공급 장치(14)와, 탄화티탄 미립자(1차 미립자)(15)를 생성시키기 위한 냉각조로서의 기능을 가지는 챔버(16)와, 생성된 1차 미립자(15)로부터 임의로 규정된 입경 이상의 입경을 가지는 조대 입자를 제거하는 사이클론(19)과, 사이클론(19)에 의해 분급된 원하는 입경을 가지는 탄화티탄 미립자(2차 미립자)(18)를 회수하는 회수부(20)를 가진다.

재료 공급 장치(14), 챔버(16), 사이클론(19), 회수부(20)에 대해서는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 2007-138287호의 각종 장치를 이용할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 탄화티탄 미립자의 제조에는, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 이용된다. 이 티탄 분말은, 열플라즈마염 중에서 용이하게 증발하도록, 예를 들면, 그 평균 입경이 50㎛ 이하이며, 바람직하게는 평균 입경이 10㎛ 이하이다.

플라즈마 토치(12)는, 석영관(12a)과, 그 외측을 둘러싸는 고주파 발진용 코일(12b)로 구성되어 있다. 플라즈마 토치(12)의 상부에는, 후술하는 바와 같이 티탄 혹은 티탄 산화물의 분말의 형태, 또는 티탄 혹은 티탄 산화물의 분말을 함유하는 슬러리의 형태로, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 플라즈마 토치(12) 내로 공급하기 위한 후술하는 공급관(14a)이 그 중앙부에 설치되어 있다. 플라즈마 가스 공급구(12c)가, 공급관(14a) 주변부(동일 원주상)에 형성되어 있고, 플라즈마 가스 공급구(12c)는 링 형상이다.

플라즈마 가스는, 플라즈마 가스 공급원(22)으로부터 플라즈마 가스 공급구(12c)를 거쳐 플라즈마 토치(12) 내로 공급된다.

플라즈마 가스 공급원(22)은, 제 1 기체 공급부(22a)와 제 2 기체 공급부(22b)를 가지고, 제 1 기체 공급부(22a)와 제 2 기체 공급부(22b)는 배관(22c)을 통하여 플라즈마 가스 공급구(12c)에 접속되어 있다. 제 1 기체 공급부(22a)와 제 2 기체 공급부(22b)에는, 각각 도시는 하지 않지만 공급량을 조정하기 위한 밸브 등의 공급량 조정부가 설치되어 있다.

예를 들면, 수소 가스와 아르곤 가스 2 종류의 플라즈마 가스가 준비되어 있다. 예를 들면, 제 1 기체 공급부(22a)에 수소 가스가 저장되고, 제 2 기체 공급부(22b)에 아르곤 가스가 저장된다. 플라즈마 가스 공급원(22)의 제 1 기체 공급부(22a)와 제 2 기체 공급부(22b)로부터, 플라즈마 가스로서 수소 가스와 아르곤 가스가 배관(22c)을 통하고, 링 형상의 플라즈마 가스 공급구(12c)를 거쳐, 화살표(P)로 나타내는 방향에서 플라즈마 토치(12) 내로 공급된다. 그리고, 고주파 발진용 코일(12b)에 고주파 전압이 인가되어, 플라즈마 토치(12) 내에서 열플라즈마염(24)이 발생한다.

한편, 플라즈마 가스는, 수소 가스와 아르곤 가스로 한정되지 않고, 예를 들면, 수소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스 중 적어도 1종의 가스를 가지는 것이다.

또, 본 실시 형태에 있어서는, 후술하는 바와 같이, 열플라즈마염(24) 중에서 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질(분산매)을 연소시키지 않고 분해하여 탄소를 발생시키는 경우에는, 플라즈마 가스에는 산소를 포함하지 않는 것을 이용한다. 이 플라즈마 가스로서는, 예를 들면, 수소, 헬륨, 아르곤 등을 들 수 있다. 플라즈마 가스는, 단체로 한정되지 않고, 수소와 아르곤, 헬륨과 아르곤과 같이, 이들 플라즈마 가스를 조합하여 사용해도 좋다.

열플라즈마염(24)의 온도는, 티탄 분말 및 티탄 산화물 분말의 비점보다 높은 것이 필요하다. 한편, 열플라즈마염(24)의 온도가 높을수록, 용이하게 티탄 분말 및 티탄 산화물의 분말이 기상 상태가 되므로 바람직하지만, 특히 온도는 한정되지 않는다. 예를 들면, 열플라즈마염(24)의 온도를 6000℃로 할 수도 있고, 이론상은 10000℃ 정도에 이르는 것이라고 생각된다.

또, 플라즈마 토치(12) 내에서의 압력 분위기는, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 대기압 이하의 분위기에 대해서는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.5~100kPa이다.

한편, 석영관(12a)의 외측은, 동심원 형상으로 형성된 관(도시되어 있지 않음)으로 둘러싸여 있고, 이 관과 석영관(12a)과의 사이에 냉각수를 순환시켜 석영관(12a)을 수냉하고, 플라즈마 토치(12) 내에서 발생한 열플라즈마염(24)에 의해 석영관(12a)이 너무 고온이 되는 것을 방지하고 있다.

재료 공급 장치(14)는, 공급관(14a)을 통하여 플라즈마 토치(12)의 상부에 접속되어 있다. 재료 공급 장치(14)로서는, 예를 들면, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 분말의 형태로 공급하는 것, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 함유하는 슬러리의 형태로 공급하는 2 가지의 방식을 이용할 수 있다.

티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 분말의 형태로 공급하는 재료 공급 장치(14)로서는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 2007-138287호에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 재료 공급 장치(14)는, 예를 들면, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 저장하는 저장조(도시하지 않음)와, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 정량 반송하는 스크류 피더(도시하지 않음)와, 스크류 피더로 반송된 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 최종적으로 산포되기 전에, 이것을 1차 입자 상태로 분산시키는 분산부(도시하지 않음)와, 캐리어 가스 공급원(도시하지 않음)을 가진다.

캐리어 가스 공급원으로부터 압출 압력이 걸린 캐리어 가스와 함께 티탄 또는 티탄 산화물의 분말은 공급관(14a)을 통하여 플라즈마 토치(12) 내의 열플라즈마염(24) 중에 공급된다.

재료 공급 장치(14)는, 티탄 또는 티탄 산화물 분말의 응집을 방지하고, 분산 상태를 유지한 채로, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 플라즈마 토치(12) 내에 산포할 수 있는 것이면, 그 구성은 특히 한정되지 않는다. 캐리어 가스에는, 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 이용된다. 캐리어 가스 유량은 플로트식 유량계를 이용하여 제어했다. 또, 캐리어 가스의 유량 값이란 이 유량계의 눈대중 값이다.

티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 슬러리의 형태로 공급하는 재료 공급 장치(14)는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 2011－213524호에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 재료 공급 장치(14)는, 슬러리(도시하지 않음)를 넣는 용기(도시하지 않음)와, 용기 중의 슬러리를 교반하는 교반기(도시하지 않음)와, 공급관(14a)을 통하여 슬러리에 고압을 걸어 플라즈마 토치(12) 내로 공급하기 위한 펌프(도시하지 않음)와, 슬러리를 액적화시켜 플라즈마 토치(12) 내로 공급하기 위한 분무 가스를 공급하는 분무 가스 공급원(도시하지 않음)을 가진다. 분무 가스 공급원은, 캐리어 가스 공급원에 상당하는 것이다. 분무 가스의 것을 캐리어 가스라고도 한다.

본 실시 형태에 있어서는, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을, 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질(이하, 분산매라고도 한다)로 분산시켜, 슬러리로 하고, 슬러리를 이용하여, 탄화티탄 미립자를 제조한다.

본 실시 형태에 있어서, 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질(분산매)로서는, 예를 들면, 알코올, 케톤, 케로신, 옥탄 및 가솔린을 들 수 있다. 알코올로서는, 예를 들면, 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 이소프로필 알코올을 들 수 있다. 또, 공업용 알코올을 이용해도 좋다. 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질(분산매)은, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 탄화물로 하기 위한 탄소를 공급하는 탄소원으로서 작용하는 것이다. 이 때문에, 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질은, 열플라즈마염(24)에 의해 분해되기 쉬운 것이 바람직하다. 이 때문에, 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질은, 저급 알코올이 바람직하다.

한편, 슬러리 중의 티탄 또는 티탄 산화물의 분말과 분산매와의 혼합비는, 예를 들면, 질량비로 5:5(50%:50%)~3:7(30%:70%)이다.

또한, 슬러리를 조정할 때에, 계면활성제, 고분자, 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 첨가해도 좋다. 계면활성제로서는, 예를 들면, 비이온성 계면활성제인 소르비탄 지방산 에스테르가 이용된다. 고분자로서는, 예를 들면, 폴리아크릴산 암모늄이 이용된다. 커플링제로서는, 예를 들면, 실란커플링제 등이 이용된다. 계면활성제, 고분자, 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 슬러리에 첨가함으로써, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 분산매로 응집하는 것을 보다 효과적으로 방지하고, 슬러리를 안정화시킬 수 있다.

티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 슬러리의 형태로 공급하는 재료 공급 장치(14)를 이용한 경우, 분무 가스 공급원으로부터 압출 압력이 가해진 분무 가스가, 슬러리와 함께 공급관(14a)을 통하여 플라즈마 토치(12) 내의 열플라즈마염(24) 중에 공급된다. 공급관(14a)은, 슬러리를 플라즈마 토치 내의 열플라즈마염(24) 중에 분무하여 액적화하기 위한 2류체 노즐 기구를 가지고 있고, 이것에 의해, 슬러리를 플라즈마 토치(12) 내의 열플라즈마염(24) 중에 분무한다. 즉, 슬러리를 액적화시킬 수 있다. 분무 가스에는, 캐리어 가스와 마찬가지로, 예를 들면, 아르곤, 헬륨, 수소 등이 단독 또는 적당히 조합하여 이용된다.

이와 같이, 2류체 노즐 기구는, 슬러리에 고압을 걸어, 기체인 분무 가스(캐리어 가스)에 의해 슬러리를 분무할 수 있고, 슬러리를 액적화시키기 위한 하나의 방법으로서 이용된다. 예를 들면, 노즐에 내경 1㎜의 것을 이용한 경우, 공급 압력을 0.2~0.3MPa로서 매분 20 밀리리터로 슬러리를 흐르게 하여, 매분 10~20리터로 분무 가스(캐리어 가스)를 분무하면, 약 5~10㎛ 정도의 액적이 얻어진다.

한편, 본 실시 형태에서는 2류체 노즐 기구를 이용했지만, 1류체 노즐 기구를 이용해도 좋다. 또 다른 방법으로서, 예를 들면, 회전하고 있는 원판 상에 슬러리를 일정 속도로 낙하시켜 원심력에 의해 액적화하는(액적을 형성하는) 방법, 슬러리 표면에 높은 전압을 인가하여 액적화하는(액적을 발생시키는) 방법 등을 들 수 있다.

챔버(16)는, 플라즈마 토치(12)의 하방에 인접하여 설치되어 있다. 플라즈마 토치(12) 내의 열플라즈마염(24) 중에 공급된 티탄 분말은, 증발하여 기상 상태로 된다. 그 직후에, 후에 상세하게 설명하는 기체 공급 장치(28)로부터의 혼합 가스에 의해, 티탄 분말은 챔버(16) 내에서 탄화되고 급냉되어, 1차 미립자(15)(탄화티탄 미립자)가 생성된다. 챔버(16)는, 냉각조로서의 기능도 가진다.

또, 플라즈마 토치(12) 내의 열플라즈마염(24) 중에 티탄 산화물의 분말이 공급된 경우, 티탄 산화물의 분말은, 티탄 분말과 마찬가지로, 증발하여 기상 상태로 된다. 그 직후에, 후에 상세하게 설명하는 기체 공급 장치(28)로부터의 혼합 가스에 의해, 티탄 산화물의 분말은 챔버(16) 내에서 환원되고, 탄화되며 급냉되어, 1차 미립자(15)(탄화티탄 미립자)가 생성된다.

상술한 바와 같이, 재료 공급 장치(14)에는, 예를 들면, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 분말의 형태로 공급하는 것, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 슬러리의 형태로 공급하는 2 가지 방식의 것을 이용할 수 있다.

기체 공급 장치(28)는, 제 1 기체 공급원(28a), 제 2 기체 공급원(28b)과 배관(28c)을 가지고, 또한, 챔버(16) 내로 공급하는 후술의 혼합 가스에 압출 압력을 가하는 컴프레셔, 블로어 등의 압력 부여 수단(도시하지 않음)을 가진다. 또, 제 1 기체 공급원(28a)으로부터의 가스 공급량을 제어하는 압력 제어 밸브(28d)가 설치되고, 제 2 기체 공급원(28b)으로부터의 가스 공급량을 제어하는 압력 제어 밸브(28e)가 설치되어 있다.

제 1 기체 공급원(28a)에는 냉각용 가스로서 아르곤 가스가 저장되어 있고, 제 2 기체 공급원(28b)에는 반응성 가스로서 메탄가스가 저장되어 있다.

냉각용 가스로서는, 아르곤 가스 외, 예를 들면, 질소 가스, 수소 가스, 산소 가스, 공기 가스, 이산화탄소 가스, 수증기 등, 및 이들의 혼합 가스를 이용할 수 있다.

기체 공급 장치(28)는, 열플라즈마염(24)의 끝 부분, 즉, 플라즈마 가스 공급구(12c)와 반대측의 열플라즈마염(24)의 끝(열플라즈마염(24)의 종단부)을 향하고, 소정의 각도로, 예를 들면, 화살표(Q)의 방향으로 아르곤 가스(냉각용 가스)와 메탄가스(반응성 가스)와의 혼합 가스를 공급함과 함께, 챔버(16)의 측벽을 따라서 상방으로부터 하방을 향하여, 즉, 도 1에 나타내는 화살표(R)의 방향으로 혼합 가스를 공급하는 것이다. 이 냉각용 가스와 반응성 가스는 플로트식 유량계를 이용하여 제어했다. 또, 냉각용 가스와 반응성 가스의 유량값이라 함은 이 유량계의 눈대중 값이다.

한편, 기체 공급 장치(28)로부터 공급되는 혼합 가스는, 뒤에서 상세히 서술 하는 바와 같이 챔버(16) 내에서 생성되는 1차 미립자(15)를 탄화하여 급냉하는 작용 이외에도, 사이클론(19)에서의 1차 미립자(15)의 분급에 기여하는 등의 부가적 작용을 가진다.

재료 공급 장치(14)가 분말 형태로 공급하는 것인 경우, 재료 공급 장치(14)로부터 플라즈마 토치(12) 내에 캐리어 가스와 함께 공급된 티탄 또는 티탄 산화물의 분말은, 열플라즈마염(24) 중에서 기상 상태로 된다. 기체 공급 장치(28)로부터 열플라즈마염(24)을 향하여 화살표(Q)의 방향으로 공급되는 아르곤 가스와 메탄가스와의 혼합 가스에 있어서, 메탄가스에 의해 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 탄화되고, 아르곤 가스에 의해 급냉되어, 티탄 탄화물의 1차 미립자(15)가 생성된다. 이때, 화살표(R)의 방향으로 공급된 혼합 가스에 의해, 1차 미립자(15)의 챔버(16)의 내벽에의 부착이 방지된다.

한편, 재료 공급 장치(14)가 슬러리의 형태로 공급하는 것인 경우, 재료 공급 장치(14)로부터 플라즈마 토치(12) 내에 소정의 유량의 분무 가스를 이용하여 공급된, 티탄 분말을 함유하는 액적화된 슬러리는, 열플라즈마염(24) 중에서 연소하지 않고 탄화되어, 티탄의 탄화물이 생성된다. 한편, 티탄 산화물의 분말을 함유하는 액적화된 슬러리는, 열플라즈마염(24) 중에서 연소하지 않고, 티탄 산화물이 환원된 후에 탄화되어, 티탄의 탄화물이 생성된다. 그리고, 티탄의 분말 또는 티탄 산화물 분말 중 어느 것으로부터 형성된 티탄의 탄화물도, 열플라즈마염(24)을 향하여 화살표(Q)의 방향으로 공급되는 아르곤 가스(냉각용 가스)에 의해, 이 탄화물은 챔버(16) 내에서 급냉되어, 티탄 탄화물의 1차 미립자(15)가 생성된다. 이때, 화살표(R)의 방향으로 공급된 아르곤 가스에 의해, 1차 미립자(15) 챔버(16)의 내벽에의 부착이 방지된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(16)의 측방 하부에는, 생성된 1차 미립자(15)를 원하는 입경으로 분급하기 위한 사이클론(19)이 설치되어 있다. 이 사이클론(19)은, 챔버(16)에서 1차 미립자(15)를 공급하는 입구관(19a)과, 이 입구관(19a)과 접속되고, 사이클론(19)의 상부에 위치하는 원통 형상의 외통(19b)과, 이 외통(19b) 하부로부터 하측을 향하여 연속하며, 또, 지름이 점차 감소되는 원뿔대부(19c)와, 이 원뿔대부(19c) 하측에 접속되며, 상술의 원하는 입경 이상의 입경을 가지는 조대 입자를 회수하는 조대 입자 회수 챔버(19d)와, 뒤에서 상세히 서술하는 회수부(20)에 접속되며, 외통(19b)에 돌출 형성되는 내관(19e)을 구비하고 있다.

입구관(19a)으로부터, 챔버(16) 내에서 생성된 1차 미립자(15)를 포함한 기류가, 외통(19b) 내주벽을 따라 불어 넣어지고, 이것에 의해, 이 기류가 도 1 중에 화살표(T)로 나타내는 바와 같이 외통(19b)의 내주벽으로부터 원뿔대부(19c) 방향을 향하여 흐르는 것으로, 선회하는 하강류가 형성된다.

그리고, 상술의 선회하는 하강류는, 원뿔대부(19c) 내주벽에서 더 가속되고, 그 후 반전하여, 상승류로 되어 내관(19e)으로부터 계외(outside the system)로 배출된다. 또, 기류의 일부는, 조대 입자 회수 챔버(19d)에 유입하기 전에 원뿔대부(19c)에서 반전하여, 내관(19e)으로부터 계외로 배출된다. 입자에는, 선회류에 의해 원심력이 부여되고, 원심력과 항력과의 밸런스에 의해, 조대 입자는 벽 방향으로 이동한다. 또, 기류로부터 분리한 1차 미립자(15)(탄화티탄 미립자)는, 원뿔대부(19c) 측면을 따라서 하강하고, 조대 입자 회수 챔버(19d)에서 회수된다. 여기서, 충분히 원심력이 부여되지 않는 미립자는, 원뿔대부(19c) 내주벽에서의 반전 기류와 함께, 계외로 배출된다.

또, 내관(19e)을 통과하여, 뒤에서 상세히 서술하는 회수부(20)로부터 부압(흡인력)이 생기게 되어 있다. 그리고, 이 부압(흡인력)에 의해서, 상술의 선회하는 기류로부터 분리한 탄화티탄 미립자가, 부호 U로 나타내는 바와 같이 흡인되어, 내관(19e)을 통과하여 회수부(20)로 보내지게 되어 있다.

사이클론(19) 내 기류의 출구인 내관(19e)의 연장상에는, 원하는 나노 사이즈의 입경을 가지는 2차 미립자(탄화티탄 미립자)(18)를 회수하는 회수부(20)가 설치되어 있다. 이 회수부(20)는, 회수실(20a)과, 회수실(20a) 내에 설치된 필터(20b)와, 회수실(20a) 내 하방에 설치된 관을 통하여 접속된 진공 펌프(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 사이클론(19)으로부터 보내진 미립자는, 진공 펌프(도시하지 않음)로 흡인됨으로써, 회수실(20a) 내로 흡인되어, 필터(20b)의 표면에서 머문 상태로 되어 회수된다.

이하, 상술한 제조장치(10)를 이용한 탄화티탄 미립자의 제조방법, 및 이 제조방법에 의해 생성된 탄화티탄 미립자에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 있어서는, 재료 공급으로, 예를 들면, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 분말의 형태로 공급하는 것, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 슬러리의 형태로 공급하는 2 가지의 방식을 이용할 수 있다. 각 재료 공급 방식에 의한 탄화티탄 미립자의 제조방법에 대해 설명한다.

우선, 분말의 형태로 공급하는 경우, 예를 들면, 평균 입경이 50㎛ 이하의 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 재료 공급 장치(14)에 투입한다.

플라즈마 가스로, 수소 가스와 아르곤 가스를 이용하고, 고주파 발진용 코일(12b)에 고주파 전압을 인가하여, 플라즈마 토치(12) 내에 열플라즈마염(24)을 발생시킨다.

또, 기체 공급 장치(28)로부터 열플라즈마염(24)의 끝 부분, 즉, 열플라즈마염(24)의 종단부에, 화살표(Q)의 방향으로 아르곤 가스와 메탄가스와의 혼합 가스를 공급한다. 이때, 화살표(R)의 방향에도 혼합 가스를 공급한다.

다음으로, 캐리어 가스로서, 아르곤 가스를 이용하여 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 기체 반송하고, 공급관(14a)을 통하여 플라즈마 토치(12) 내의 열플라즈마염(24) 중에 공급한다. 열플라즈마염(24)으로 티탄 분말을 증발시켜 기상 상태로 하고, 그 직후에 챔버(16) 내에서 아르곤 가스와 메탄가스에 의해, 탄화 및 급냉시켜, 1차 미립자(15)(탄화티탄 미립자)를 생성한다.

한편, 메탄가스의 공급량으로서는, 티탄 또는 티탄 산화물 분말의 투입량에 대하여, 8~25 질량%인 것이 바람직하다.

챔버(16) 내에서 생성된 1차 미립자(15)는, 사이클론(19)의 입구관(19a)으로부터, 기류와 함께 외통(19b)의 내주벽을 따라서 불어 넣어지고, 이것에 의해, 이 기류가 도 1의 화살표(T)에 나타내는 바와 같이 외통(19b)의 내주벽을 따라서 흐르는 것으로, 선회류를 형성하여 하강한다. 그리고, 이 선회류는 원뿔대부(19c) 내주벽에서 더 가속되어, 그 후 반전하고, 상승류로 되며, 내관(19e)으로부터 계외로 배출된다. 또, 기류의 일부는, 조대 입자 회수 챔버(19d)에 유입되기 전에 원뿔대부(19c) 내주벽에서 반전하여, 내관(19e)으로부터 계외로 배출된다.

1차 미립자(15)에 선회류에 의해 원심력이 부여되고, 원심력과 항력과의 밸런스에 의해, 1차 미립자(15) 중, 조대 입자는 벽 방향으로 이동한다. 또, 1차 미립자(15) 중, 기류로부터 분리된 입자는, 원뿔대부(19c) 측면을 따라서 하강하고, 조대 입자 회수 챔버(19d)로 회수된다. 여기서, 충분히 원심력이 부여되지 않는 미립자는, 원뿔대부(19c) 내주벽에서의 반전 기류와 함께, 내관(19e)으로부터, 탄화티탄 미립자(2차 미립자)(18)로서 계외로 배출된다. 이때의 사이클론(19) 내에의 기류의 유속은, 바람직하게는, 10m/sec 이상이다.

배출된 탄화티탄 미립자(2차 미립자)(18)는, 회수부(20)로부터의 부압(흡인력)에 의하여, 도 1중, 부호 U로 나타내는 방향으로 흡인되고, 내관(19e)을 통과하여 회수부(20)로 보내져, 회수부(20)의 필터(20b)로 회수된다. 이때의 사이클론(19) 내의 내압은, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 또, 탄화티탄 미립자(2차 미립자)(18)의 입경은, 목적에 따라 나노 사이즈 레벨의 임의의 입경이 규정된다.

이와 같이 하여, 본 실시 형태에 있어서는, 나노 사이즈의 탄화티탄 미립자를 얻을 수 있다.

본 실시 형태의 탄화티탄 미립자의 제조방법에 의해 제조되는 탄화티탄 미립자는, 그 입도 분포 폭이 좁은, 즉, 균일한 입경을 가지고, 1㎛ 이상의 조대 입자의 혼입이 대부분 없으며, 구체적으로는, 그 평균 입경이 1~100㎚의 나노 사이즈의 탄화티탄 미립자이다.

한편, 본 발명의 탄화티탄 미립자의 제조방법에 있어서는, 사용하는 사이클론의 개수는, 1개로 한정되지 않고, 2 이상이라도 좋다.

생성 직후의 초미립자끼리가 충돌하여, 응집체를 형성함으로써 입경의 불균일이 생기면, 품질 저하의 요인이 된다. 그렇지만, 열플라즈마염의 끝 부분(종단부)을 향하여 화살표(Q)의 방향으로 공급되는 혼합 가스가 1차 미립자(15)를 희석함으로써, 초미립자끼리가 충돌하여 응집되는 것이 방지된다.

한편, 챔버(16)의 내측벽을 따라서 화살표(R)방향으로 공급되는 혼합 가스에 의해, 1차 미립자(15)의 회수의 과정에서, 1차 미립자(15)의 챔버(16) 내벽에의 부착이 방지되어, 생성한 1차 미립자(15)의 수율이 향상된다.

이 때문에, 혼합 가스에 대해서는, 1차 미립자(15)(탄화티탄 미립자)가 생성되는 과정에서, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 탄화하고, 얻어진 티탄 탄화물을 급냉하기에 충분한 공급량이 필요함과 함께, 1차 미립자(15)를 하류의 사이클론(19)으로 임의의 분급점에서 분급할 수 있는 유속이 얻어지고, 또, 열플라즈마염(24)의 안정을 방해하지 않는 정도의 양인 것이 바람직하다. 또, 열플라즈마염(24)의 안정을 방해하지 않는 이상, 혼합 가스의 공급 방법 및 공급 위치 등은, 특히 한정되지 않는다. 본 실시 형태의 미립자 제조장치(10)에서는, 천판(17)에 원주 형상의 슬릿을 형성하여 혼합 가스를 공급하고 있지만, 열플라즈마염(24)으로부터 사이클론(19)까지의 경로 상에서, 확실히 기체를 공급 가능한 방법 또는 위치이면, 다른 방법, 위치라도 상관없다.

다음에, 슬러리의 형태로 공급하는 경우, 예를 들면, 평균 입경이 50㎛ 이하의 티탄 분말 또는 평균 입경이 0.6㎛ 이하의 티탄 산화물 분말을 이용하고, 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질(분산매)로서, 예를 들면, 알코올을 이용한다. 티탄 또는 티탄 산화물의 분말과 분산매와의 혼합비를, 질량비로 5:5(50%:50%)로서, 슬러리를 제작한다.

슬러리가, 도 1에 나타내는 재료 공급 장치(14)의 용기(도시하지 않음) 내에 넣어져, 교반기(도시하지 않음)로 교반된다. 이것에 의해, 분산매 중의 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 침전하는 것을 방지하고, 분산매 중에서의 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 분산된 상태의 슬러리가 유지된다. 한편, 재료 공급 장치(14)에 티탄 또는 티탄 산화물의 분말과 분산매를 공급하여 연속적으로 슬러리를 조제해도 좋다.

다음에, 상술한 2류체 노즐 기구(도시하지 않음)를 이용하여 슬러리를 액적화시키고, 액적화된 슬러리를, 플라즈마 토치(12) 내에서 발생되고 있는 열플라즈마염(24) 중에 소정 유량의 분무 가스를 이용해 공급하여, 분산매를 연소시키지 않고 탄소를 생성시킨다.

다음에, 탄소와 티탄 또는 티탄 산화물의 분말이 반응하여 티탄 탄화물이 생성된다. 이 생성된 티탄 탄화물이, 화살표(Q)의 방향으로 공급되는 아르곤 가스에 의해서 급냉되고, 챔버(16) 내에서 급냉됨으로써, 탄화물로 이루어지는 1차 미립자(15)가 얻어진다.

한편, 플라즈마 토치(12) 내에 있어서의 압력 분위기는, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 대기압 이하의 분위기에 대해서는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 660Pa~100kPa로 할 수 있다.

한편, 슬러리의 형태로 공급하는 경우, 슬러리의 피드량을 바꾸어도 좋다. 또, 슬러리의 피드량이 일정하게 되도록 제어하고, 슬러리를 투입할 때의 분무 가스(캐리어 가스)의 유량을 바꾸어도 좋다. 이 경우, 분무 가스(캐리어 가스)의 유량으로서는, 슬러리의 분말 환산 투입량에 대해서, 65~540 질량%인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 슬러리의 피드량의 설정치가 티탄 또는 티탄 산화물의 분말 환산으로 825g/h의 경우, 캐리어 가스의 유량은 5~40(L(리터)/min)가 바람직하고, 7.5~25(L(리터)/min)가 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, 화살표(Q)의 방향으로 공급되는 아르곤 가스의 양은, 1차 미립자가 생성되는 과정에서, 이 탄화물을 급냉하기에 충분한 공급량인 것이 필요하지만, 1차 미립자(15)를 하류의 사이클론(19)으로 임의의 분급점에서 분급할 수 있는 유속이 얻어지고, 또 열플라즈마염의 안정을 방해하지 않는 정도의 양인 것이 바람직하다.

화살표(Q)의 방향으로 공급되는 아르곤 가스 및 화살표(R)의 방향으로 공급되는 아르곤 가스의 합계의 양은, 상기 열플라즈마염 중에 공급되는 기체의 200 체적%~5000 체적%로 하는 것이 좋다. 여기서, 상술한 열플라즈마염 중에 공급되는 기체는, 열플라즈마염을 형성하는 플라즈마 가스, 플라즈마류를 형성하기 위한 센트럴 가스(central gas) 및 분무 가스를 합한 것이다.

최종적으로 챔버(16) 내에서 생성된 탄화물로 이루어지는 1차 미립자(15)는, 상술한 분말의 형태로 제작한 것과 같은 과정을 거친다.

그리고, 상술한 분말의 형태로 제작한 것과 마찬가지로, 배출된 탄화티탄 미립자(2차 미립자)(18)는, 회수부(20)로부터의 부압(흡인력)에 의해서, 부호 U로 나타내는 방향으로 흡인되고, 내관(19e)을 통과하여 회수부(20)로 보내져, 회수부(20)의 필터(20b)로 회수된다. 이때의 사이클론(19) 내의 내압은, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 또, 탄화티탄 미립자(2차 미립자)(18)의 입경은, 목적에 따라 나노 사이즈 레벨의 임의의 입경이 규정된다.

이상과 같이 하여, 탄화티탄 미립자를 제조할 수 있다.

본 발명자가 예의 실험 연구한 결과, 혼합 가스에 포함되는 반응성 가스, 여기에서는 메탄가스의 공급량을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꿀 수 있는 것을 찾아냈다. 또한, 탄화티탄 미립자는, 산소 함유량이 바뀌면 체적 저항값(전기 저항)이 바뀌는 것도 알아냈다. 이 때문에, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 컨트롤함으로써, 물성치로서, 체적 저항값(전기 저항)이 다른 탄화티탄 미립자를 생성할 수 있다. 이 경우, 메탄가스의 공급량으로서는, 티탄 또는 티탄 산화물 분말의 투입량에 대해서, 8~25 질량%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명자가 예의 실험 연구한 결과, 티탄 또는 티탄 산화물의 분말을 함유한 슬러리의 피드량을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꿀 수 있는 것을 찾아냈다. 이 경우에 있어서도, 탄화티탄 미립자는, 산소 함유량이 바뀌면 체적 저항값(전기 저항)이 바뀌는 것도 알아냈다. 이 때문에, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 컨트롤함으로써, 물성치로서, 체적 저항값(전기 저항)이 다른 탄화티탄 미립자를 생성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 있어서는, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 조정함으로써, 희망하는 전기 저항을 가진 탄화티탄 미립자를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명자가 예의 실험 연구한 결과, 슬러리의 피드량이 일정하게 되도록 제어하고, 슬러리를 투입할 때의 캐리어 가스의 유량을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꿀 수 있는 것을 찾아냈다. 이 경우, 캐리어 가스의 유량으로서는, 슬러리의 분말 환산 투입량에 대하여 65~540 질량%인 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 탄화티탄 미립자의 제조방법에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 주요 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 개량 또는 변경을 해도 좋은 것은 물론이다.

실시예 1

이하, 본 발명의 탄화티탄 미립자의 제조방법의 효과에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 이하에 나타내는 예로, 본 발명은 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서는, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 컨트롤함으로써, 체적 저항값(전기 저항)이 다른 탄화티탄 미립자가 얻어지는지를 확인했다.

우선, 티탄 분말의 형태로 탄화티탄 미립자를 제조하는 것에 대하여 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 평균 입경이 45㎛의 티탄 분말을 이용하고, 아르곤 가스의 공급량을 일정하게 하여, 메탄가스의 공급량을, 1리터/분 , 3리터/분으로 하여, 탄화티탄 미립자를 제조했다.

탄화티탄 미립자의 제조 조건으로서는, 캐리어 가스에 아르곤 가스를 이용하고, 플라즈마 가스에 아르곤 가스와 수소 가스를 이용하여, 혼합 가스에 아르곤 가스와 메탄가스(반응성 가스)를 이용했다.

이상의 제조 조건으로 얻어지는 각 탄화티탄 미립자에 대해서, 전기 저항을 나타내는 것으로서, 체적 저항율을 측정했다. 그 결과를 도 2의 그래프에 나타낸다. 한편, 도 2에서, ●는 메탄가스의 공급량이 3리터/분의 결과를 나타내고, ■는 메탄가스의 공급량이 1리터/분의 결과를 나타낸다. 메탄가스의 공급량이 3리터/분의 것은, BET지름이 27.5㎚이며, 메탄가스의 공급량이 1리터/분의 것은, BET지름이 42.1㎚이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 메탄가스의 공급량을 바꿈으로써, 얻어지는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량이 바뀌고, 산소 함유량이 바뀌면 탄화티탄 미립자의 체적 저항값(전기 저항)도 바뀐다. 본 발명에서는, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 늘림으로써, 탄화티탄 미립자의 체적 저항값(전기 저항)을 올릴 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 있어서는, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 컨트롤 하고, 물성치로서, 체적 저항값(전기 저항)이 다른 탄화티탄 미립자를 제조할 수 있다.

한편, 산소 함유량은, 불활성 가스 융해-비분산형 적외선 흡수법(NDIR)을 이용하여 측정했다. 체적 저항값은, 4 단자 4 탐침법을 이용하여 측정했다.

실시예 2

본 실시예에서는, 티탄 산화물의 분말을 함유하는 슬러리를 이용하여 탄화티탄 미립자를 제조하는 것에 대해서, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 컨트롤함으로써, 체적 저항값(전기 저항)이 다른 탄화티탄 미립자가 얻어지는지를 확인했다. 본 실시예에서는, 티탄 산화물의 분말에 산화티탄의 분말을 이용했다.

슬러리를 이용하여 탄화티탄 미립자를 제조하는 경우, 열플라즈마염에 공급하는 산화티탄의 분말을 함유하는 슬러리의 피드량을 바꾸고, 탄화티탄 미립자를 제조했다.

산화티탄의 분말에는, 평균 입경이 0.6㎛의 것을 이용하고, 분산매로는 공업용 알코올을 이용했다. 한편, 슬러리를 구성하는 산화티탄의 분말과 공업용 알코올과의 혼합비는, 질량비로 50%로 했다.

이상의 제조 조건으로 얻어진 각 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 측정했다. 이 결과를, 도 3에 나타낸다. 한편, 산소 함유량은, 상술한 제 1 실시예와 같은 측정 방법을 이용하여 측정했다. 이 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 열플라즈마염에 공급하는 산화티탄의 분말을 함유하는 슬러리의 피드량을 바꿈으로써, 얻어진 탄화티탄 미립자의 산소 함유량이 변화하는 것을 알았다. 이것은, 산화티탄 분말의 형태로 탄화티탄 미립자를 제조한 것과 같은 경향을 나타낸다.

본 실시예에서도, 슬러리를 이용하여 형성된 탄화티탄 미립자의 산소 함유량과, 전기 저항을 나타내는 것으로서 체적 저항값과의 관계를 조사했다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타내는 ▲은 피드량이 702.3g/h이고, ◆는 피드량이 567.3g/h이며, ▼는 피드량이 535.4g/h이다.

한편, 체적 저항값은, 상술한 제 1 실시예와 같은 측정 방법을 이용하여 측정했다. 이 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 얻어진 탄화티탄 미립자에 대해 X선 회절(XRD)을 이용하여 결정 구조를 조사했다. 그 결과를 도 5(a)~(c)에 나타낸다. 여기서, 도 5(a)~(c)의 세로축 강도의 단위는 무차원이다. 한편, 도 5(a)에 나타내는 XRD 스펙트럼은, 도 4에 나타내는 ▲의 결과이고, 도 5(b)에 나타내는 XRD 스펙트럼은, 도 4에 나타내는 ◆의 결과이며, 도 5(c)에 나타내는 XRD 스펙트럼은, 도 4에 나타내는 ▼의 결과이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 산소 함유량이 바뀜으로써, 탄화티탄 미립자의 체적 저항값(전기 저항)도 바뀐다. 본 발명에서는, 산화티탄의 분말을 함유하는 슬러리를 이용해도, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 늘림으로써, 탄화티탄 미립자의 체적 저항값(전기 저항)을 올릴 수 있다. 이 경향은, 티탄 분말이 분말의 형태로 형성된 탄화티탄 미립자와 같은 경향을 나타낸다. 이와 같이, 본 발명에서는, 분말 또는 슬러리로 형태를 불문하고, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꿀 수 있다.

한편, 도 4에 나타내는 슬러리를 이용하여 형성된 탄화티탄 미립자는, 모두 도 5(a)~(c)의 XRD 스펙트럼에 나타내는 바와 같이, 탄화티탄의 조성을 나타내는 피크만 나타내고 있고, 티탄의 산화물 등의 다른 조성의 피크는 없다.

실시예 3

본 실시예에서는, 티탄 산화물의 분말을 함유하는 슬러리를 이용하여 탄화티탄 미립자를 제조하는 것에 대해서, 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 컨트롤 할 수 있는지 확인했다. 본 실시예에서는, 티탄 산화물의 분말에 산화티탄의 분말을 이용했다.

슬러리를 이용하여 탄화티탄 미립자를 제조하는 경우, 열플라즈마염에 공급하는 산화티탄의 분말을 함유하는 슬러리의 피드량이 이하에 나타내는 설정치가 되도록 제어하고, 슬러리를 공급할 때의 캐리어 가스의 유량을 바꾸어, 탄화티탄 미립자를 제조했다. 한편, 슬러리의 피드량은 산화티탄 분말분으로 825g/h(설정치) ±25g/h였다. 캐리어 가스로 아르곤 가스를 이용하고, 캐리어 가스의 유량은 7.5~25(L(리터)/min)의 범위로 했다.

이상의 제조 조건으로 얻어지는 각 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 측정했다. 이 결과를, 도 6에 나타낸다. 한편, 산화 함유량은, 상술한 제 1 실시예와 같은 측정 방법을 이용하여 측정했다. 이 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 열플라즈마염에 산화티탄을 함유하는 슬러리를 공급할 때의 피드량이 일정하게 되도록 제어해도, 캐리어 가스의 유량을 바꿈으로써, 얻어진 탄화티탄 미립자의 산소 함유량이 변화하는 것을 알 수 있었다. 이것은, 산화티탄의 분말의 형태로 탄화티탄 미립자를 제조한 것과 같은 경향을 나타낸다.

본 실시예에서도, 얻어진 탄화티탄 미립자에 대해 X선 회절(XRD)을 이용하여 결정 구조를 조사했다. 그 결과, 본 실시예에서도, 도 5(a)~(c)와 같은 결과가 얻어진 것을 확인했다.

10. 미립자 제조장치 　12. 플라즈마 토치
14. 재료 공급 장치 　15. 1차 미립자
16. 챔버 　18. 미립자(2차 미립자)
19. 사이클론 20. 회수부
22. 플라즈마 가스 공급원 　24. 열플라즈마염
28. 기체 공급 장치

Claims

티탄 산화물의 분말과, 탄소원과, 열플라즈마염(thermal plasma flame)을 이용하여 탄화티탄 미립자를 생성하는 생성 공정을 가지고,
상기 생성 공정에서는, 상기 탄소원의 양을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것이며,
상기 생성 공정은, 상기 티탄 산화물의 분말을 캐리어 가스를 이용하여 분산시키고, 상기 티탄 산화물의 분말을 상기 열플라즈마염 중에 공급하는 공정과,
상기 열플라즈마염의 종단부에, 냉각용 가스와 상기 탄소원으로서 반응성 가스를 공급하고, 상기 탄화티탄 미립자를 생성하는 공정을 구비하며,
상기 반응성 가스의 공급량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것을 특징으로 하는 탄화티탄 미립자의 제조방법.
티탄의 분말과, 탄소원과, 열플라즈마염을 이용하여 탄화티탄 미립자를 생성하는 생성 공정을 가지고,
상기 생성 공정에서는, 상기 탄소원의 양을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것이며,
상기 생성 공정은, 상기 티탄의 분말을, 상기 탄소원인 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질에 분산시켜 슬러리로 하고,
상기 슬러리를 액적화시켜 상기 열플라즈마염 중에 공급하는 공정을 구비하며,
상기 슬러리의 피드량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것을 특징으로 하는 탄화티탄 미립자의 제조방법.
티탄의 분말과, 탄소원과, 열플라즈마염을 이용하여 탄화티탄 미립자를 생성하는 생성 공정을 가지고,
상기 생성 공정에서는, 상기 탄소원의 양을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것이며,
상기 생성 공정은, 상기 티탄의 분말을, 상기 탄소원인 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질에 분산시켜 슬러리로 하고,
상기 슬러리를 캐리어 가스를 이용하여 액적화시켜 상기 열플라즈마염 중에 공급하는 공정을 구비하며,
상기 슬러리의 피드량이 일정하게 되도록 제어하고, 상기 슬러리를 투입할 때의 상기 캐리어 가스의 유량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것을 특징으로 하는 탄화티탄 미립자의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 반응성 가스는 메탄가스인, 탄화티탄 미립자의 제조방법.
티탄 산화물의 분말과, 탄소원과, 열플라즈마염을 이용하여 탄화티탄 미립자를 생성하는 생성 공정을 가지고,
상기 생성 공정에서는, 상기 탄소원의 양을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것이며,
상기 생성 공정은, 상기 티탄 산화물의 분말을, 상기 탄소원인 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질에 분산시켜 슬러리로 하고,
상기 슬러리를 액적화시켜 상기 열플라즈마염 중에 공급하는 공정을 구비하며,
상기 슬러리의 피드량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것을 특징으로 하는 탄화티탄 미립자의 제조방법.
티탄 산화물의 분말과, 탄소원과, 열플라즈마염을 이용하여 탄화티탄 미립자를 생성하는 생성 공정을 가지고,
상기 생성 공정에서는, 상기 탄소원의 양을 바꿈으로써, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것이며,
상기 생성 공정은, 상기 티탄 산화물의 분말을, 상기 탄소원인 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질에 분산시켜 슬러리로 하고,
상기 슬러리를 캐리어 가스를 이용하여 액적화시켜 상기 열플라즈마염 중에 공급하는 공정을 구비하며,
상기 슬러리의 피드량이 일정하게 되도록 제어하고, 상기 슬러리를 투입할 때의 상기 캐리어 가스의 유량을 바꿔서, 생성되는 탄화티탄 미립자의 산소 함유량을 바꾸는 것을 특징으로 하는 탄화티탄 미립자의 제조방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질은, 알코올, 케톤, 케로신, 옥탄 또는 가솔린인, 탄화티탄 미립자의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 탄소를 포함하는 액체 상태의 물질은, 알코올, 케톤, 케로신, 옥탄 또는 가솔린인, 탄화티탄 미립자의 제조방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 열플라즈마염은, 수소, 헬륨 및 아르곤 중 적어도 1개의 가스에 유래하는 것인, 탄화티탄 미립자의 제조방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 열플라즈마염은, 수소, 헬륨 및 아르곤 중 적어도 1개의 가스에 유래하는 것인, 탄화티탄 미립자의 제조방법.
제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 불활성 가스인, 탄화티탄 미립자의 제조방법.