KR20220099976A - 미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법 - Google Patents

미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법 Download PDF

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닛신 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

표면 처리된 미립자를 용이하게 얻을 수 있는 미립자의 제조 장치, 및 미립자의 제조 방법을 제공한다. 미립자의 제조 장치는, 원료를 이용하여, 기상법에 의해 미립자를 제조한다. 미립자의 제조 장치는 기상법을 이용하여 원료를 기상 상태의 혼합물로 하는 처리부와, 처리부에 원료를 공급하는 원료 공급부와, 처리부의 기상 상태의 혼합물을, 불활성 가스를 포함하는 급랭 가스를 이용하여 냉각시키는 냉각부와, 기상 상태의 혼합물이 급랭 가스에 의해 냉각되어 미립자체가 제조되고, 미립자체에, 표면 처리제가 변성하지 않는 온도 영역에서, 표면 처리제를 공급하는 공급부를 가진다.

Description

미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법
본 발명은, 입경이 10∼200 ㎚인 미립자를 제조하는 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 표면 처리된 미립자의 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 각종 미립자가 갖가지 용도로 이용되고 있다. 예를 들면, 금속 미립자, 산화물 미립자, 질화물 미립자, 및 탄화물 미립자 등의 미립자는, 각종 전기 절연 부품 등의 전기 절연 재료, 절삭 공구, 기계 공작 재료, 센서 등의 기능성 재료, 소결(燒結) 재료, 연료 전지의 전극 재료, 및 촉매에 이용되고 있다.
또, 상술한 각종 미립자에 대해서, 미립자의 산화 억제, 또는 기능 부가를 위해서, 미립자의 표면에 피막을 형성하는 일이 행해지고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 표면이 유기산과 타이타늄(티탄)의 화합물에 의해 피복된, 타이타늄 금속 미립자와 그 제조 방법이 나타나 있다.
특허문헌 1에서는, 탄소 수 1∼18의 카복실산의 증기 또는 안개(霧)를 포함하는 분위기 속에서, 직경 0.05∼1.0 ㎜의 타이타늄을 81∼100몰% 함유하는 금속에 의해 구성된 금속 세선에 0.1∼100 μ초 동안 통전 가열하고, 금속 세선 증발 에너지의 1.5∼5.0배의 에너지를 투입해서, 금속 미립자를 제조하고 있다.
특허문헌 2에는, 구리 입자와, 구리 입자의 표면에 1 ㎚2당 2.5분자 이상 5.2분자 이하의 밀도로 배치되는 지방족 카복실산을 포함하는 피복층을 포함하는 피복 구리 입자와, 그 제조 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2에서는, 지방족 카복실산 구리 착체를 열분해 처리함으로써, 구리 이온이 환원되어 금속 구리 입자가 생성된다. 그 다음에 생성된 금속 구리 입자의 표면에 지방족 카복실산이, 예를 들면 물리적으로 흡착됨으로써, 소정의 피복 밀도의 지방족 카복실산을 포함하는 피복층이 형성되어, 원하는 피복 구리 입자가 얻어진다.
일본 특허 공개 제2010－209417호 공보 국제 공개 제2016/052275호 공보
상술한 바와 같이 특허문헌 1의 타이타늄 금속 미립자의 제조 방법에서는, 탄소 수 1∼18의 카복실산의 증기 또는 안개를 포함하는 분위기 속에서 금속 세선에 0.1∼100 μ초 동안 통전 가열할 필요가 있다. 특허문헌 2의 피복 구리 입자의 제조 방법에서는, 지방족 카복실산 구리 착체를 열분해 처리할 필요가 있다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 있어서는, 표면에 피막을 가지는 미립자를 제조하려면, 모두 가열 등이 필요하고, 큰 에너지를 필요로 하여, 장치도 대형화된다. 나아가서는, 제조 공정도 번잡하게 된다. 이와 같이 현 상황으로는, 표면에 피막을 가지는 미립자 등, 표면 처리된 미립자를 용이하게 얻을 수가 없다.
본 발명의 목적은, 표면 처리된 미립자를 용이하게 얻을 수 있는 미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 원료를 이용하여, 기상법(氣相法)에 의해 미립자를 제조하는 제조 장치로서, 기상법을 이용하여 원료를 기상 상태의 혼합물로 하는 처리부와, 처리부에 원료를 공급하는 원료 공급부와, 처리부의 기상 상태의 혼합물을, 불활성 가스를 포함하는 급랭 가스를 이용하여 냉각시키는 냉각부와, 기상 상태의 혼합물이 급랭 가스에 의해 냉각되어 미립자체(微粒子體)가 제조되고, 미립자체에, 표면 처리제가 변성하지 않는 온도 영역에서, 표면 처리제를 공급하는 공급부를 가지는, 미립자의 제조 장치를 제공하는 것이다.
기상법은, 열 플라즈마법, 또는 화염법인 것이 바람직하다.
예를 들면, 표면 처리제는, 유기산 단체(單體) 및 유기산 용액, 아민가를 가지는 분산제 단체 및 아민가를 가지는 분산제 용액, 산가를 가지는 분산제 단체 및 산가를 가지는 분산제 용액, 아민가와 산가를 가지는 분산제 단체 및 아민가와 산가를 가지는 분산제 용액, 실레인(실란) 커플링제 단체 및 실레인 커플링 용액, 유기 용매, 산성 물질 단체 및 산성 물질 용액, 염기성 물질 단체 및 염기성 물질 용액, 천연 수지 단체 및 천연 수지 용액, 그리고 합성 수지 단체 및 합성 수지 용액이다. 또, 예를 들면, 원료는, 구리의 분말이다.
원료 공급부는, 원료를, 입자상(粒子狀)으로 분산시킨 상태에서, 처리부로 공급하는 것이 바람직하다. 또, 원료 공급부는, 원료를 액체에 분산시켜 슬러리로 하고, 슬러리를 액적화(液滴化)해서 처리부로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 원료를 이용하여, 기상법에 의해 미립자를 제조하는 제조 방법으로서, 기상법을 이용하여 원료를 기상 상태의 혼합물로 하고, 기상 상태의 혼합물을, 불활성 가스를 포함하는 급랭 가스를 이용하여 냉각해서 미립자체를 제조하는 공정과, 미립자체에, 표면 처리제가 변성하지 않는 온도 영역에서, 표면 처리제를 공급하는 공정을 가지는, 미립자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
기상법은, 열 플라즈마법, 또는 화염법인 것이 바람직하다.
예를 들면, 표면 처리제는, 유기산 단체 및 유기산 용액, 아민가를 가지는 분산제 단체 및 아민가를 가지는 분산제 용액, 산가를 가지는 분산제 단체 및 산가를 가지는 분산제 용액, 아민가와 산가를 가지는 분산제 단체 및 아민가와 산가를 가지는 분산제 용액, 실레인 커플링제 단체 및 실레인 커플링 용액, 유기 용매, 산성 물질 단체 및 산성 물질 용액, 염기성 물질 단체 및 염기성 물질 용액, 천연 수지 단체 및 천연 수지 용액, 그리고 합성 수지 단체 및 합성 수지 용액이다. 또, 예를 들면, 원료는, 구리의 분말이다.
미립자체를 제조하는 공정에서는, 열 플라즈마 불꽃(炎)을 이용하여 원료를 기상 상태의 혼합물로 하고 있으며, 원료를, 입자상으로 분산시킨 상태에서, 열 플라즈마 불꽃 속에 공급하는 것이 바람직하다. 또, 미립자체를 제조하는 공정에서는, 열 플라즈마 불꽃을 이용하여 원료를 기상 상태의 혼합물로 하고 있으며, 원료를, 액체에 분산시켜 슬러리로 하고, 슬러리를 액적화해서 열 플라즈마 불꽃 속에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 미립자의 제조 장치 및 제조 방법에 의하면, 표면 처리된 미립자를 용이하게 얻을 수가 있다.
도 1은, 본 발명의 미립자의 제조 방법에 이용되는 미립자 제조 장치의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 미립자의 제조 방법으로 얻어진 미립자의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 미립자의 제조 방법으로 얻어진 미립자의 표면 피복물의 제거율을 도시하는 그래프이다.
이하에, 첨부 도면에 도시하는 적합 실시형태에 기초하여, 본 발명의 미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
이하, 본 발명의 미립자의 제조 장치 및 제조 방법의 일례에 대하여 설명하겠지만, 본 발명은, 도 1에 도시하는 제조 장치 및 제조 방법에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 미립자의 제조 방법에 이용되는 미립자 제조 장치의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시하는 미립자 제조 장치(10)(이하, 단순히 제조 장치(10)라고 한다)는, 표면 처리된 미립자(30)의 제조에 이용되는 것이다. 제조 장치(10)에 의해, 표면 처리된 미립자(30)를 용이하게 얻을 수가 있다.
제조 장치(10)에 의해 제조되는, 표면 처리된 미립자(30)는, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 제조 장치(10)는, 원료의 조성을 바꿈으로써 얻어지는, 금속 미립자, 산화물 미립자, 질화물 미립자, 탄화물 미립자, 및 산 질화물 미립자 등의 각종 미립자에 대해서, 표면 처리제를 공급해서, 표면 처리된 미립자(30)를 제조할 수가 있다. 이하, 표면 처리된 미립자(30)를 가리켜 단지 미립자(30)라고도 한다.
제조 장치(10)는, 열 플라즈마 불꽃을 발생시키는 플라즈마 토치(12)와, 미립자의 원료 분말을 플라즈마 토치(12) 내에 공급하는 재료 공급 장치(14)와, 1차 미립자(15)를 생성시키기 위한 냉각조로서의 기능을 가지는 챔버(16)와, 1차 미립자(15)로부터 임의로 규정된 입경 이상의 입경을 가지는 조대(粗大) 입자를 제거하는 사이클론(19)과, 사이클론(19)에 의해 분급된 원하는 입경을 가지는 2차 미립자(18)를 회수하는 회수부(20)를 가진다. 제조 장치(10)는, 또한, 2차 미립자(18)로 표면 처리제를 공급하는 공급부(40)와, 2차 미립자(18)의 반송로의 온도를 계측하는 센서(42)를 가진다.
1차 미립자(15) 및 2차 미립자(18)는, 모두 본 발명의 미립자의 제조 도중에 있는 미립자체이다. 2차 미립자(18)를 표면 처리해서 얻어진 것, 즉, 표면 처리된 미립자(30)가 본 발명의 미립자이다.
재료 공급 장치(14), 챔버(16), 사이클론(19), 회수부(20)에 대하여는, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2007－138287호 공보의 각종 장치를 이용할 수가 있다.
본 실시형태에 있어서, 미립자의 제조에는, 원료로서, 예를 들면, 구리의 분말이 이용된다. 이 경우, 최종적으로 얻어지는 미립자(30), 1차 미립자(15) 및 2차 미립자(18)는, 구리로 구성된다.
구리의 분말은, 열 플라즈마 불꽃 속에서 용이하게 증발하도록, 그의 평균 입경이 적당히 설정된다. 구리 분말의 평균 입경은, 레이저 회절법을 이용하여 측정된 것이고, 예를 들면, 100 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 10 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이하이다. 한편, 원료는, 구리에 한정되는 것은 아니며, 구리 이외의 금속 분말을 이용할 수가 있고, 나아가서는 합금 분말을 이용할 수도 있다.
플라즈마 토치(12)는, 석영관(12a)과, 그의 외측을 둘러싸는 고주파 발진용 코일(12b)로 구성되어 있다. 플라즈마 토치(12)의 상부에는 미립자의 원료 분말을 플라즈마 토치(12) 내에 공급하기 위한 후술하는 공급관(14a)이 그의 중앙부에 마련되어 있다. 플라즈마 가스 공급구(12c)가, 공급관(14a)의 주변부(동일 원주 상)에 형성되어 있고, 플라즈마 가스 공급구(12c)는 링형이다. 고주파 발진용 코일(12b)에는 고주파 전압을 발생하는 전원(도시하지 않음)이 접속되어 있다. 고주파 발진용 코일(12b)에 고주파 전압이 인가되면 열 플라즈마 불꽃(24)이 발생한다. 열 플라즈마 불꽃(24)에 의해, 원료(도시하지 않음)가 증발되어, 기상 상태의 혼합물로 된다. 플라즈마 토치(12)가, 본 발명의 기상법을 이용하여 원료를 기상 상태의 혼합물로 하는 처리부다.
플라즈마 가스 공급원(22)은, 플라즈마 가스를 플라즈마 토치(12) 내에 공급하는 것이고, 예를 들면, 제1 기체 공급부(22a)와 제2 기체 공급부(22b)를 가진다. 제1 기체 공급부(22a)와 제2 기체 공급부(22b)는 배관(22c)을 거쳐 플라즈마 가스 공급구(12c)에 접속되어 있다. 제1 기체 공급부(22a)와 제2 기체 공급부(22b)에는, 각각 도시는 하지 않지만 공급량을 조정하기 위한 밸브 등의 공급량 조정부가 마련되어 있다. 플라즈마 가스는, 플라즈마 가스 공급원(22)으로부터 링형의 플라즈마 가스 공급구(12c)를 경유하여, 화살표 P로 나타내는 방향과 화살표 S로 나타내는 방향으로 플라즈마 토치(12) 내에 공급된다.
플라즈마 가스로는, 예를 들면, 수소 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스가 이용된다. 이 경우, 제1 기체 공급부(22a)에 수소 가스가 저장되고, 제2 기체 공급부(22b)에 아르곤 가스가 저장된다. 플라즈마 가스 공급원(22)의 제1 기체 공급부(22a)로부터 수소 가스가, 제2 기체 공급부(22b)로부터 아르곤 가스가 배관(22c)을 거쳐 플라즈마 가스 공급구(12c)를 경유하여, 화살표 P로 나타내는 방향과 화살표 S로 나타내는 방향으로 플라즈마 토치(12) 내에 공급된다. 한편, 화살표 P로 나타내는 방향으로는 아르곤 가스만을 공급해도 된다.
또, 플라즈마 가스로는, 제조하는 미립자에 따른 것이 이용되기 때문에, 상술한 바와 같이 혼합 가스를 이용하는 것은 필수적인 것은 아니고, 플라즈마 가스로서는 1종의 가스여도 된다.
고주파 발진용 코일(12b)에 고주파 전압이 인가되면, 플라즈마 토치(12) 내에서 열 플라즈마 불꽃(24)이 발생한다.
열 플라즈마 불꽃(24)의 온도는, 원료 분말의 비점보다도 높을 필요가 있다. 한편, 열 플라즈마 불꽃(24)의 온도가 높을수록, 용이하게 원료 분말이 기상 상태로 되므로 바람직하지만, 특별히 온도가 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 열 플라즈마 불꽃(24)의 온도를 6000℃로 할 수도 있고, 이론 상으로는 10000℃ 정도에 달할 것으로 생각된다.
또, 플라즈마 토치(12) 내에 있어서의 압력 분위기는, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 대기압 이하의 분위기에 대하여는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.5∼100 kPa이다.
한편, 석영관(12a)의 외측은, 동심원형으로 형성된 관(도시되어 있지 않음)으로 둘러싸여 있고, 이 관과 석영관(12a) 사이에 냉각수를 순환시켜 석영관(12a)을 수랭시켜, 플라즈마 토치(12) 내에서 발생한 열 플라즈마 불꽃(24)에 의해 석영관(12a)이 지나치게 고온으로 되는 것을 방지하고 있다.
재료 공급 장치(14)는, 공급관(14a)을 거쳐 플라즈마 토치(12)의 상부에 접속되어 있다. 재료 공급 장치(14)는, 원료를 플라즈마 토치(12) 내의 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급하는 것이다. 재료 공급 장치(14)가 본 발명의 원료 공급부다.
재료 공급 장치(14)는, 원료를 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급할 수 있다면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 원료를 입자상으로 분산시킨 상태에서 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급하는 것과, 원료를 슬러리로 하고, 슬러리를 액적화한 형태로 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급하는 것의 두 가지 방식을 이용할 수가 있다.
원료가 분말인 경우, 예를 들면, 구리 분말을, 분말 형태로 공급하는 재료 공급 장치(14)로서는, 상술한 바와 같이, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2007－138287호 공보에 개시되어 있는 것을 이용할 수가 있다. 이 경우, 재료 공급 장치(14)는, 예를 들면, 원료를 저장하는 저장조(도시하지 않음)와, 원료를 정량 반송하는 스크류 피더(도시하지 않음)와, 스크류 피더에 의해 반송된 원료가 최종적으로 살포되기 전에, 이것을 1차 입자 상태로 분산시키는 분산부(도시하지 않음)와, 캐리어 가스 공급원(도시하지 않음)을 가진다.
캐리어 가스 공급원으로부터 밀어냄(押出) 압력이 가해진 캐리어 가스와 함께 원료는 공급관(14a)을 거쳐 플라즈마 토치(12) 내의 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급된다.
재료 공급 장치(14)는, 원료의 응집을 방지하여, 분산 상태를 유지한 채로, 원료를 플라즈마 토치(12) 내에 살포할 수 있는 것이라면, 그 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 캐리어 가스로는, 예를 들면, 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 이용된다. 캐리어 가스 유량은, 예를 들면, 플로트식 유량계 등의 유량계를 이용하여 제어할 수가 있다. 또, 캐리어 가스의 유량치(流量値)란, 유량계의 눈금 값을 말한다.
원료를 슬러리 형태로 공급하는 재료 공급 장치(14)는, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2011－213524호 공보에 개시되어 있는 것을 이용할 수가 있다. 이 경우, 재료 공급 장치(14)는, 분말상(粉末狀)의 원료가 물 등의 액체에 분산된 슬러리(도시하지 않음)를 넣는 용기(도시하지 않음)와, 용기 안의 슬러리를 교반하는 교반기(도시하지 않음)와, 공급관(14a)을 거쳐 슬러리에 고압을 가해서 플라즈마 토치(12) 내에 공급하기 위한 펌프(도시하지 않음)와, 슬러리를 액적화시켜 플라즈마 토치(12) 내에 공급하기 위한 분무 가스를 공급하는 분무 가스 공급원(도시하지 않음)을 가진다. 분무 가스 공급원은, 캐리어 가스 공급원에 상당하는 것이다. 분무 가스를 가리켜 캐리어 가스라고도 한다.
슬러리 형태로 원료를 공급하는 경우, 분말상 원료를 물 등의 액체에 분산시켜 슬러리로 한다. 한편, 슬러리 속의 분말상 원료와 물의 혼합비는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 질량비로 5：5(50%:50%)이다.
분말상 원료를 슬러리로 해서, 슬러리를 액적화한 형태로 공급하는 재료 공급 장치(14)를 이용한 경우, 분무 가스 공급원으로부터 밀어냄 압력이 가해진 분무 가스가, 슬러리와 함께 공급관(14a)을 거쳐 플라즈마 토치(12) 내의 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급된다. 공급관(14a)은, 슬러리를 플라즈마 토치 내의 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 분무하여 액적화하기 위한 2유체(二流體) 노즐 기구를 가지고 있으며, 이것에 의해, 슬러리를 플라즈마 토치(12) 내의 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 분무한다. 즉, 슬러리를 액적화시킬 수가 있다. 분무 가스로는, 상술한 캐리어 가스와 마찬가지로, 예를 들면, 아르곤 가스(Ar 가스), 질소 가스 등의 불활성 가스가 이용된다.
이와 같이, 2유체 노즐 기구는, 슬러리에 고압을 가해, 기체인 분무 가스(캐리어 가스)에 의해 슬러리를 분무할 수가 있어서, 슬러리를 액적화시키기 위한 하나의 방법으로서 이용된다.
한편, 상술한 2유체 노즐 기구에 한정되는 것은 아니며, 1유체(一流體) 노즐 기구를 이용해도 된다. 또 다른 방법으로서, 예를 들면, 회전하고 있는 원판 위에 슬러리를 일정 속도로 낙하시켜 원심력에 의해 액적화하는(액적을 형성하는) 방법, 슬러리 표면에 높은 전압을 인가해서 액적화하는(액적을 발생시키는) 방법 등을 들 수 있다. 예를 들면, 원료의 슬러리는 산화 티탄의 알콜 슬러리다.
챔버(16)는, 플라즈마 토치(12)의 아래쪽에 인접해서 마련되어 있고, 기체 공급 장치(28)가 접속되어 있다. 챔버(16) 내에서, 예를 들면, 구리의 1차 미립자(15)가 생성된다. 또, 챔버(16)는 냉각조로서 기능하는 것이다.
기체 공급 장치(28)는, 챔버(16) 내로, 불활성 가스를 포함하는 냉각 가스(급랭 가스)를 공급하는 것이다. 열 플라즈마 불꽃(24)에 의해 원료를 증발시켜, 기상 상태의 혼합물로 되고, 이 혼합물로 기체 공급 장치(28)는 불활성 가스를 포함하는 냉각 가스(급랭 가스)를 공급한다.
기체 공급 장치(28)는, 예를 들면, 제1 기체 공급원(28a)과, 제2 기체 공급원(28b)과, 배관(28c)을 가진다. 기체 공급 장치(28)는, 또한, 챔버(16) 내에 공급하는 냉각 가스에 밀어냄 압력을 가하는 컴프레서, 또는 블로워 등의 압력 부여 장치(도시하지 않음)를 가진다. 기체 공급 장치(28)가 본 발명의 냉각부다.
또, 제1 기체 공급원(28a)으로부터의 가스 공급량을 제어하는 압력 제어 밸브(28d)가 마련되고, 제2 기체 공급원(28b)으로부터의 가스 공급량을 제어하는 압력 제어 밸브(28e)가 마련되어 있다. 예를 들면, 제1 기체 공급원(28a)에 아르곤 가스가 저장된다. 이 경우, 냉각 가스는 아르곤 가스이다. 한편, 제2 기체 공급원(28b)에는, 제1 기체 공급원(28a)과는 다른 가스를 저장할 수가 있다. 이 경우, 제1 기체 공급원(28a)에 저장된 가스와, 제2 기체 공급원(28b)에 저장된 가스의 혼합 가스가, 냉각 가스(급랭 가스)이다. 예를 들면, 제2 기체 공급원(28b)에 메테인(메탄) 가스가 저장되어 있으면, 냉각 가스(급랭 가스)는, 아르곤 가스와 메테인 가스의 혼합 가스이다.
기체 공급 장치(28)는, 열 플라즈마 불꽃(24)의 꼬리부, 즉, 플라즈마 가스 공급구(12c)와 반대측의 열 플라즈마 불꽃(24)의 끝, 즉, 열 플라즈마 불꽃(24)의 종단부를 향해, 예를 들면, 45°의 각도로, 화살표 Q 방향으로, 냉각 가스로서 아르곤 가스를 공급하며, 또한 챔버(16)의 내측벽(16a)을 따라 위쪽으로부터 아래쪽을 향해, 즉, 도 1에 도시하는 화살표 R 방향으로 상술한 냉각 가스를 공급한다.
기체 공급 장치(28)로부터 챔버(16) 내에 공급되는 냉각 가스에 의해, 열 플라즈마 불꽃(24)에 의해 증발되어 기상 상태의 혼합물로 된 구리의 분말이 급랭되어, 구리의 1차 미립자(15)가 얻어진다. 이것 이외에도 상술한 냉각 가스는 사이클론(19)에 있어서의 1차 미립자(15)의 분급에 기여하는 등의 부가적 작용을 가진다. 냉각 가스는, 예를 들면, 아르곤 가스이다.
구리의 1차 미립자(15) 생성 직후의 미립자끼리가 충돌하여, 응집체를 형성함으로써 입경의 불균일이 생기면, 품질 저하의 요인으로 된다. 그렇지만, 열 플라즈마 불꽃의 꼬리부(종단부)를 향해 화살표 Q 방향으로 냉각 가스로서 공급되는 아르곤 가스가 1차 미립자(15)를 희석시킴으로써, 미립자끼리가 충돌해서 응집하는 것이 방지된다.
또, 화살표 R방향으로 냉각 가스로서 공급되는 아르곤 가스에 의해, 1차 미립자(15)의 회수 과정에 있어서, 1차 미립자(15)의 챔버(16)의 내측벽(16a)에의 부착이 방지되어, 생성한 1차 미립자(15)의 수율이 향상된다.
한편, 냉각 가스(급랭 가스)로, 아르곤 가스를 이용했지만, 이들에 한정되는 것은 아니며, 아르곤 가스 이외의 불활성 가스를 이용할 수 있고, 질소 가스 등을 이용할 수가 있다. 또, 냉각 가스는 불활성 가스에 한정되는 것은 아니며, 공기, 산소, 또는 이산화 탄소를 이용할 수가 있다.
또, 냉각 가스(급랭 가스)로는, 상술한 아르곤 가스 등 이외에, 예를 들면, 탄소 수가 4 이하인 탄화 수소 가스를 이용할 수가 있다. 이 때문에, 냉각 가스(급랭 가스)로서, 메테인(CH4), 에테인(C2H6), 프로페인(C3H8), 및 뷰테인(C4H10) 등의 파라핀계 탄화 수소 가스, 그리고 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 및 뷰틸렌(C4H8) 등의 올레핀계 탄화 수소 가스를 이용할 수가 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 챔버(16)에는, 구리의 1차 미립자(15)를 원하는 입경으로 분급하기 위한 사이클론(19)이 마련되어 있다. 이 사이클론(19)은, 챔버(16)로부터 1차 미립자(15)를 공급하는 입구관(19a)과, 이 입구관(19a)에 접속되어, 사이클론(19)의 상부에 위치하는 원통 형상의 외통(外筒)(19b)과, 이 외통(19b) 하부로부터 하측을 향해 연속되며, 또한, 지름이 점감(漸減)하는 원뿔대부(圓錐台部)(19c)와, 이 원뿔대부(19c) 하측에 접속되어, 상술한 원하는 입경 이상의 입경을 가지는 조대 입자를 회수하는 조대 입자 회수 챔버(19d)와, 나중에 상세하게 기술하는 회수부(20)에 접속되어, 외통(19b)에 돌출해서 마련되는 내관(內管)(19e)을 구비하고 있다. 챔버(16)와 입구관(19a)은 접속관(21)에 의해 접속되어 있고, 1차 미립자(15)는 접속관(21)을 지나 사이클론(19)으로 이동한다. 접속관(21)은 1차 미립자(15)의 반송로이다.
사이클론(19)의 입구관(19a)으로부터, 1차 미립자(15)를 포함하는 기류가, 외통(19b) 내주벽을 따라 불어넣어지고, 이것에 의해, 이 기류가 도 1 중에 화살표 T로 나타내는 바와 같이 외통(19b)의 내주벽으로부터 원뿔대부(19c) 방향을 향해 흐름으로써 하강하는 선회류가 형성된다.
그리고, 상술한 하강하는 선회류가 반전해서, 상승류로 되었을 때, 원심력과 항력의 밸런스에 의해, 조대 입자는, 상승류에 실리지 못하고, 원뿔대부(19c) 측면을 따라 하강하여, 조대 입자 회수 챔버(19d)에서 회수된다. 또, 원심력보다도 항력의 영향을 더 받은 미립자는, 원뿔대부(19c) 내벽에서의 상승류와 함께 내관(19e)으로부터 사이클론(19) 밖으로 배출된다.
또, 내관(19e)을 통해, 나중에 상세하게 기술하는 회수부(20)로부터 부압(흡인력)이 발생하게 되어 있다. 그리고, 이 부압(흡인력)에 의해서, 상술한 선회하는 기류로부터 분리된 미립자가, 부호 U로 나타내는 바와 같이 흡인되고, 내관(19e)을 통해 회수부(20)로 보내지게 되어 있다.
사이클론(19) 내의 기류의 출구인 내관(19e)의 연장 상에는, 원하는 나노미터 오더의 입경을 가지는 미립자(30)를 회수하는 회수부(20)가 마련되어 있다. 회수부(20)는, 회수실(20a)과, 회수실(20a) 내에 마련된 필터(20b)와, 회수실(20a) 내 아래쪽에 마련된 관을 거쳐 접속된 진공 펌프(29)를 구비한다. 사이클론(19)으로부터 보내진 미립자(30)는, 진공 펌프(29)로 흡인됨으로써, 회수실(20a) 내로 인입되어, 필터(20b)의 표면에서 머문 상태로 되어 회수된다.
한편, 상술한 제조 장치(10)에 있어서, 사용하는 사이클론의 개수는, 하나에 한정되지 않고, 둘 이상이어도 된다.
공급부(40)는, 미립자체(2차 미립자(18))에, 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역에서, 표면 처리제(St)를 공급하는 것이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 공급부(40)는 내관(19e)의 회수부(20) 근방에 마련되어 있다. 공급부(40)는, 내관(19e)을 지나는 2차 미립자(18)로 표면 처리제(St)를 공급한다. 이것에 의해, 2차 미립자(18)에 표면 처리제(St)가 부착되고, 2차 미립자(18)가 표면 처리되어, 표면 처리제(St)에 기초하는 성질을 가지는 미립자(30)가 얻어진다.
공급부(40)에 의한 표면 처리제(St)의 공급 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 표면 처리제(St)를 액적화해서 2차 미립자(18)에 분무하는 방법이 예시된다.
상술한 바와 같이, 표면 처리제(St)는 변성하지 않는 온도 영역에서 공급된다. 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역에서는, 표면 처리제(St)는 열 등에 의한 분해가 없어, 표면 처리제(St)는 성질이 변하지 않는다. 이 때문에, 미립자(30)에 있어서 표면 처리제(St)의 성질이 유지되고, 미립자(30)는 표면 처리제(St)에 기초하는 성질을 가진다.
상술한 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역이란, 시차열-열중량 동시 측정(TG－DTA)에 의해 측정한 온도를 기초로 결정되는 온도 영역을 말한다.
상술한 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역은, 표면 처리제(St)의 시차열-열중량 동시 측정에 있어서, 중량 감소 비율이 50질량% 이하인 온도 영역으로 한다. 중량 감소 비율은, 보다 바람직하게는 30질량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 10질량% 이하이다.
표면 처리제(St)는, 가능한 한 변성하지 않는 것이 바람직하고, 시차열-열중량 동시 측정에 의한 중량 감소 비율이 50질량%를 넘으면, 표면 처리제의 변성에 의한 영향을 무시할 수 없게 되는 일이 있다. 표면 처리제의 변성에 의한 영향을 없애기 위해서, 중량 감소 비율은, 상술한 바와 같이, 보다 바람직하게는 30질량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 10질량% 이하이다.
한편, 시차열-열중량 동시 측정에는, 가부시키가이샤 히타치 하이테크 사이언스의 STA7200(상품명)이 이용된다.
표면 처리제(St)는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 유기산 단체(單體) 및 유기산 용액, 아민가를 가지는 분산제 단체 및 아민가를 가지는 분산제 용액, 산가를 가지는 분산제 단체 및 산가를 가지는 분산제 용액, 아민가와 산가를 가지는 분산제 단체 및 아민가와 산가를 가지는 분산제 용액, 실레인(실란) 커플링제 단체 및 실레인 커플링 용액, 유기 용매, 산성 물질 단체 및 산성 물질 용액, 그리고 염기성 물질 단체 및 염기성 물질 용액이다. 표면 처리제(St)는, 상술한 것 이외에, 천연 수지 단체 및 천연 수지 용액, 그리고 합성 수지 단체 및 합성 수지 용액을 이용할 수도 있다.
또, 유기산이 사용 상태에서 액상이면 반드시 수용액과 같이, 유기산을 용매에 용해시킬 필요는 없고, 유기산을 단체로 사용할 수도 있다. 유기산 이외의 산성 물질, 염기성 물질, 천연 수지 및 합성 수지 등의 표면 처리제(St)를 사용하는 경우라도, 유기산과 마찬가지이고, 사용 상태에서 액상이라면 단체로 사용할 수가 있다.
(분산제 단체 및 분산제 용액)
분산제는, 예를 들면, 아민가만을 가지는 분산제, 산가만을 가지는 분산제, 아민가와 산가를 가지는 분산제가 이용된다. 분산제로는, 이하의 것을 이용할 수가 있다. 분산제가 아민가를 가지는 경우, 분산제의 아민가는, 10 이상 100 이하가 바람직하고, 10 이상 60 이하가 보다 바람직하다.
아민가만을 가지는 분산제로서는, 예를 들면, DISPERBYK－102, DISPERBYK－160, DISPERBYK－161, DISPERBYK－162, DISPERBYK－2163, DISPERBYK－2164, DISPERBYK－166, DISPERBYK－167, DISPERBYK－168, DISPERBYK－2000, DISPERBYK－2050, DISPERBYK－2150, DISPERBYK－2155, DISPERBYK－LPN6919, DISPERBYK－LPN21116, DISPERBYK－LPN21234, DISPERBYK－9075, DISPERBYK－9077(이상, 비크케미(BYK-Chemie)사제)； EFKA　4015, EFKA　4020, EFKA　4046, EFKA　4047, EFKA　4050, EFKA　4055, EFKA　4060, EFKA　4080, EFKA　4300, EFKA　4330, EFKA　4340, EFKA　4400, EFKA　4401, EFKA　4402, EFKA　4403, EFKA　4800(이상, BASF사제)； 아지스퍼(Ajisper)(등록상표) PB711(아지노모토(味素) 파인 테크노 가부시키가이샤제) 등을 들 수 있다.
아민가와 산가를 가지는 고분자 분산제로서는, 예를 들면, DISPERBYK－142, DISPERBYK－145, DISPERBYK－2001, DISPERBYK－2010, DISPERBYK－2020, DISPERBYK－2025, DISPERBYK－9076, Anti－Terra－205(이상, 비크케미사제)； SOLSPERSE　24000(루브리졸(Lubrizol) 가부시키가이샤제)； 아지스퍼(등록상표) PB821, 아지스퍼 PB880, 아지스퍼 PB881(이상, 아지노모토 파인 테크노 가부시키가이샤제) 등을 들 수가 있다.
산가만을 가지는 분산제로서는, 예를 들면, DISPERBYK－110, DISPERBYK－111, DISPERBYK－170, DISPERBYK－171, DISPERBYK－174(이상, 비크케미사제), BYK－P104, BYK－P104S, BYK－P105, BYK－220S(이상, 비크케미사제), EFKA　5010, EFKA　5065, EFKA　5066, EFKA　5070(이상, BASF사제), SOLSPERSE　3000, SOLSPERSE　16000, SOLSPERSE　17000, SOLSPERSE　18000, SOLSPERSE　21000, SOLSPERSE　27000, SOLSPERSE　28000, SOLSPERSE　36000, SOLSPERSE　36600, SOLSPERSE　38500, SOLSPERSE　39000, SOLSPERSE　41000(이상, 루브리졸사제), 아지스퍼(등록상표) PN－411, 아지스퍼 PA－111(아지노모토 파인 테크노 가부시키가이샤제) 등이다.
(실레인 커플링제 단체 및 실레인 커플링 용액)
실레인 커플링제로서는, 아래 식으로 표시되는 것을 들 수 있다. 한편, 아래 식 중, X는 유기 반응기로 아미노기, 에폭시기, 메르캅토기, 메타크릴기, 바이닐기 등을 들 수 있다. Y는 무기 반응기이며, 일반식 (－OR)로 이루어지는 반응기(알콕시기)이고, R은 동일 또는 다른 탄소 수 1∼3의 포화 알킬기이다. 또, n은 1∼3의 정수(整數)이다.
　[화학식 1]
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구체적으로, 실레인 커플링제로서는, 바이닐트라이메톡시실레인, 바이닐트라이에톡시실레인, 바이닐－트라이(2－메톡시에톡시)실레인, 바이닐트라이클로로실레인, γ－메타크릴옥시프로필트라이메톡시실레인, γ－메타크릴옥시프로필트라이에톡시실레인, γ－아미노프로필트라이메톡시실레인, γ－메르캅토프로필트라이메톡시실레인, 비스(3－트라이에톡시실릴프로필)테트라술펜 등을 들 수 있다.
실레인 커플링 용액은, 예를 들면, 상술한 실레인 커플링제를 포함하는 용액이다. 용액 속의 실레인 커플링제의 함유량은 특별히 한정되는 것은 아니며, 용도 등에 따라 적당히 결정되는 것이다.
(유기 용매)
유기 용매는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적당히 선택할 수가 있다. 유기 용매로서는, 예를 들면, 메탄올 등의 알콜류, 아세톤 등의 케톤류, 알킬할라이드류, 폼아마이드 등의 아마이드류, 다이메틸설폭사이드 등의 설폭사이드류, 헤테로고리(環) 화합물, 탄화 수소류, 아세트산(초산) 에틸 등의 에스터류, 및 에터류 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상의 것을 조합해도 된다.
(산성 물질 단체 및 산성 물질 용액)
산성 물질로서는, 염산, 질산(硝酸), 폼산(蟻酸), 아세트산(酢酸), 및 황산 등의 산류를 들 수 있다.
산성 물질 용액은, 예를 들면, 상술한 산성 물질을 포함하는 용액이다. 용액 속의 산성 물질의 함유량은 특별히 한정되는 것은 아니며, 용도 등에 따라 적당히 결정되는 것이다.
(염기성 물질 단체 및 염기성 물질 용액)
염기성 물질로서는, 암모니아, 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 트라이에탄올아민, 메틸아민, 다이메틸아민, 에틸아민, 다이에틸아민, 트라이메틸아민, 트라이에틸아민, 구아니딘, 피콜린, 아닐린, 피리딘, 피페리딘, 몰포린, N－메틸아닐린, 톨루이딘, N,N－다이메틸－p－톨루이딘 등의 아민류； 수산화 소듐(나트륨), 수산화 포타슘(칼륨) 등의 알칼리 금속 수산화물； 나트륨메톡사이드(Sodium methoxide), 나트륨에톡사이드(Sodium Ethoxide), 나트륨뷰톡사이드(Sodium butoxide) 등의 금속 알콕사이드； 등을 들 수가 있다. 이들 중, 약염기성 물질인 암모니아, 모노에탄올아민 등의 아민류가 바람직하고, 모노에탄올아민이 가장 바람직하다.
(유기산 단체 및 유기산 용액)
표면 처리제로 산성 물질인 유기산을 이용하는 경우, 예를 들면, 용매로 순수(純水)를 이용하여 수용액으로서, 공급부(40)로부터 분무한다. 이 경우, 유기산은, 수용성이며, 또한 저비점인 것이 바람직하고, 유기산은 C, O 및 H만으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 유기산으로서는, 예를 들면, L－아스코르빈산(C6H8O6), 폼산(개미산)(CH2O2), 글루타르산(C5H8O4), 석신산(琥珀酸)(C4H6O4), 옥살산(蓚酸)(C2H2O4), DL－타타르산(酒石酸)(C4H6O6), 락토스(젖당)-수화물, 말토스(맥아당)-수화물, 말레산(C4H4O4), D－만니트(C6H14O6), 구연산(시트르산)(C6H8O7), 사과산(말산)(C4H6O5), 말론산(C3H4O4) 및 지방족 카복실산 등을 이용할 수가 있다. 상술한 유기산 중, 적어도 1종을 이용하는 것이 바람직하다.
유기산의 수용액을 액적화하는 분무 가스는, 예를 들면, 아르곤 가스가 이용되지만, 아르곤 가스에 한정되는 것은 아니며, 질소 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수가 있다.
(천연 수지 단체 및 천연 수지 용액)
천연 수지로서는, 송진(松脂), 셸락, 코펄, 다마르, 매스틱, 드래곤즈 블러드(용혈수, 기린혈), 소합향(蘇合香), 코파이바 발삼, 엘레미, 유향(乳香), 몰약, 및 오포파낙스(백지향) 등이다.
(합성 수지 단체 및 합성 수지 용액)
합성 수지로서는, 페놀 수지, 유레아(요소) 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스터수지, 폴리우레탄, 다이알릴프탈레이트(다이알릴프탈산) 수지, 실리콘 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 아크릴로나이트릴·스타이렌 수지, 아크릴로나이트릴·뷰타다이엔·스타이렌 수지, 폴리염화 바이닐, 메타크릴 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 변성 폴리페닐렌에터, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 폴리에터이미드, 폴리아릴레이트, 폴리설폰, 폴리에터설폰, 폴리에터에터케톤, 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오린(불소) 수지, 폴리메틸테르펜, 아이소프렌 고무, 뷰타다이엔 고무, 클로로프렌 고무, 스타이렌뷰타다이엔 고무, 아크릴로나이트릴뷰타다이엔 고무, 뷰틸 고무, 우레탄고무, 실리콘 고무, 및 아크릴 고무 등이다.
센서(42)는, 2차 미립자(18)의 반송로의 온도를 계측하는 것이고, 온도의 계측 결과는, 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역인지 아닌지의 판정에 이용된다.
이 경우, 온도의 계측 결과는, 예를 들면, 공급부(40)로 출력된다. 공급부(40)에서는, 센서(42)에 의한, 2차 미립자(18)의 반송로의 온도 계측 결과에 기초하여, 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역인지 아닌지를 판정할 수가 있다. 2차 미립자(18)의 반송로의 온도가, 표면 처리제(St)가 변성하는 온도 영역인 경우, 예를 들면, 제조 장치(10)에 있어서의 1차 미립자(15)의 제조 조건을 변경한다.
상술한 바와 같이, 센서(42)의 온도 계측 결과는, 표면 처리제(St)가 변성하지 않는 온도 영역인지 아닌지의 판정에 이용되기 때문에, 센서(42)는, 2차 미립자(18)의 반송 방향의 상류측, 또한 공급부(40) 근방에 마련하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 센서(42)는, 예를 들면, 내관(19e)에 마련되어 있다.
센서(42)는 온도를 계측할 수 있으면, 그 구성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 계측 시간이 짧은 것이 바람직하다. 이 때문에, 센서(42)로는, 예를 들면, 저항 온도계, 방사 온도계, 적외 방사 온도 센서, 및 서미스터 등을 이용할 수가 있다.
다음에, 상술한 제조 장치(10)를 이용한 미립자의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
우선, 미립자의 원료 분말로서, 예를 들면, 평균 입경이 5 ㎛ 이하인 구리 분말을 재료 공급 장치(14)에 투입한다.
플라즈마 가스로, 예를 들면, 아르곤 가스 및 수소 가스를 이용하고, 고주파 발진용 코일(12b)에 고주파 전압을 인가하여, 플라즈마 토치(12) 내에 열 플라즈마 불꽃(24)을 발생시킨다.
또, 기체 공급 장치(28)로부터 열 플라즈마 불꽃(24)의 꼬리부, 즉, 열 플라즈마 불꽃(24)의 종단부에, 화살표 Q 방향으로, 냉각 가스로서, 예를 들면, 아르곤 가스를 공급한다. 이 때, 화살표 R 방향으로, 냉각 가스로서, 아르곤 가스를 공급한다.
다음에, 캐리어 가스로서, 예를 들면, 아르곤 가스를 이용하여 구리의 분말을 기체 반송하고, 공급관(14a)을 거쳐 플라즈마 토치(12) 내의 열 플라즈마 불꽃(24) 속에 공급한다. 공급된 구리의 분말은, 열 플라즈마 불꽃(24) 속에서 증발해서 기상 상태로 되고, 냉각 가스에 의해 급랭되어 구리의 1차 미립자(15)가 생성된다.
그리고, 챔버(16) 내에서 얻어진 구리의 1차 미립자(15)는, 접속관(21)을 지나 사이클론(19)의 입구관(19a)으로부터, 기류와 함께 외통(19b)의 내주벽을 따라 불어넣어지고, 이것에 의해, 이 기류가 도 1의 화살표 T로 나타내는 바와 같이 외통(19b)의 내주벽을 따라 흐르는 것에 의해, 선회류를 형성해서 하강한다. 그리고, 상술한 하강하는 선회류가 반전하여, 상승류로 되었을 때, 원심력과 항력의 밸런스에 의해, 조대 입자는, 상승류에 실리지 못하고, 원뿔대부(19c) 측면을 따라 하강하여, 조대 입자 회수 챔버(19d)에서 회수된다. 또, 원심력보다도 항력의 영향을 더 받은 미립자는, 원뿔대부(19c) 내벽에서의 상승류와 함께 내벽으로부터 사이클론(19) 밖으로 배출된다.
배출된 2차 미립자(18)는, 진공 펌프(29)에 의한 회수부(20)로부터의 부압(흡인력)에 의해서, 도 1 중, 부호 U로 나타내는 방향으로 흡인되어 내관(19e)을 통과한다. 2차 미립자(18)이 내관(19e)을 통과할 때, 공급부(40)로부터 표면 처리제(St)가 2차 미립자(18)로, 예를 들면, 분무 등의 형태로 공급되어, 2차 미립자(18)가 표면 처리된다. 표면 처리된 2차 미립자(18), 즉, 미립자(30)가 회수부(20)로 보내지고, 회수부(20)의 필터(20b)에 의해 미립자(30)가 회수된다. 이와 같이 해서, 예를 들면, 도 2에 도시하는 미립자가 얻어진다.
미립자(30)가 회수부(20)로 회수될 때, 사이클론(19) 내의 내압은, 대기압 이하인 것이 바람직하다. 또, 미립자(30)의 입경은, 목적에 따라, 나노미터 오더의 임의의 입경이 규정된다.
한편, 본 발명에서는, 열원으로 열 플라즈마 불꽃을 이용하여 구리의 1차 미립자를 형성하고 있지만, 다른 기상법을 이용하여 구리의 1차 미립자를 형성할 수도 있다. 이 때문에, 기상법이라 하면, 열 플라즈마 불꽃을 이용하는 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 화염법에 의해, 구리의 1차 미립자를 형성하는 제조 방법이어도 된다. 한편, 열 플라즈마 불꽃을 이용한 1차 미립자의 제조 방법을 열 플라즈마법이라고 한다.
여기서, 화염법이란, 화염을 열원으로서 이용하고, 예를 들면, 구리를 포함하는 원료를 화염에 통과시키는 것에 의해 미립자를 합성하는 방법이다. 화염법에서는, 예를 들면, 구리를 포함하는 원료를, 화염에 공급하고, 그리고, 냉각 가스를 화염에 공급하고, 화염의 온도를 저하시켜 구리 입자의 성장을 억제해서 구리의 1차 미립자(15)를 얻는다.
한편, 화염법에 있어서도, 냉각 가스 및 표면 처리제는, 상술한 열 플라즈마법과 동일한 것을 이용할 수가 있다.
다음에, 미립자에 대하여 설명한다.
미립자는, 입경이 10∼200 ㎚이고, 상술한 바와 같이 표면 처리된 것이다. 표면 처리된 미립자는, 표면 처리제의 성질에 기초하는 성질을 가진다. 이 때문에, 예를 들면, 표면 처리제가 아민가를 가지는 분산제라면, 미립자는 산성의 용매 등에 대한 분산성을 가진다. 표면 처리제가 산성 물질인 유기산이라면, 미립자는 친수성 또는 산성을 가진다.
한편, 상술한 미립자의 입경은 10∼200 ㎚이지만, 미립자의 입경은, 바람직하게는 10∼150 ㎚이다.
본 발명의 미립자의 입경은 BET법을 이용하여 측정된 평균 입경이다.
본 발명의 미립자는, 용매 내 등에 분산되어 있는 상태가 아니라, 미립자 단독으로 존재한다. 이 때문에, 미립자를 용매와 조합해서 사용하는 경우, 미립자와 용매의 조합도 특별히 한정되는 것은 아니어서, 용매의 선택의 자유도가 높다.
한편, 표면 처리된 미립자의 표면 상태는, 예를 들면, FT－IR(푸리에 변환 적외 분광 광도계)을 이용하여 조사해 볼 수가 있다.
본 발명의 미립자는, 상술한 제조 장치(10)를 이용하고, 표면 처리제로 터피네올의 에탄올 용액을 이용하여 제조된다. 구체적으로는, 미립자의 제조 조건은, 플라즈마 가스： 아르곤 가스 200리터/분, 수소 가스 5리터/분, 캐리어 가스： 아르곤 가스 5리터/분, 급랭 가스： 아르곤 가스 150리터/분, 내압： 40 kPa이다.
상술한 표면 처리제에 대하여는, 분무 가스를 이용하여 구리의 2차 미립자에 분무한다. 분무 가스는 아르곤 가스이다.
여기서, 도 3은 본 발명의 미립자의 제조 방법으로 얻어진 미립자의 표면 피복물의 제거율을 도시하는 그래프이다. 한편, 도 3은, 불활성 분위기에 있어서, 시차열-열중량 동시 측정(TG－DTA)으로 얻어진 결과를 기초로 해서 얻어진 것이다.
도 3의 부호 50은 본 발명의 미립자(구리의 미립자)를 나타내고, 부호 52는 종래예 1의 구리의 미립자를 나타내고, 부호 54는 표면 처리제로 이용한 터피네올을 나타낸다.
종래예 1은, 본 발명품과는 달리, 급랭 가스로 메테인 가스를 이용하며, 또한 표면 처리제를 공급하고 있지 않는 것이지만, 이러한 점들 이외에는, 본 발명의 미립자의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 제조할 수가 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 미립자(부호 50 참조)의 표면 피복물의 제거율은, 표면 처리제로 이용한 터피네올(부호 54 참조)과 동일한 경향이다. 이에 비해, 종래예 1(부호 52 참조)은, 온도 400℃ 부근까지 제거율은 변화하지 않아, 다른 경향이다.
도 3에 도시하는 본 발명의 미립자(부호 50 참조)의 표면 피복물의 제거율로부터, 본 발명의 미립자는, 표면 처리제인 터피네올이 흡착되어 있음이 나타나 있다.
분산성 향상의 확인은 분산액으로 도막을 제작함으로써 확인했다. 일반적으로 미립자의 용매로의 친화성이 낮으면, 분산성이 악화되어, 분산액의 점도가 증가하고, 분산액의 핸들링성이 악화된다. 그래서, 본 발명의 미립자를, 용매(터피네올(C10H18O))에 분산시켜 분산액을 제작하고, 유리 기판에의 도막 가능 여부를 확인함으로써 용매로의 친화성을 평가했다. 본 발명의 미립자에서는, 용매 1 g에 대해서, 0.25 g 첨가해서 도막 형성되었지만, 0.5 g 첨가해도 도막을 형성할 수가 있었다.
종래예 1의 미립자를, 용매(터피네올(C10H18O))에 분산시켜 분산액을 제작하고, 유리 기판에의 도막 가능 여부를 확인함으로써 용매로의 친화성을 평가했다. 종래예 1의 미립자에서는, 용매 1 g에 대해서, 0.25 g 첨가해서 도막이 형성되었지만, 0.5 g 첨가한 경우에는 도막을 형성할 수가 없었다.
이것으로부터, 본 발명의 미립자는, 종래예 1의 미립자에 비해, 용매로의 분산성이 향상되었음을 알 수 있다.
본 발명에서는, 상술한 바와 같이 표면 처리제가 변성하지 않는 온도 영역에서, 2차 미립자에 표면 처리제를 공급함으로써, 표면 처리한 미립자를 얻을 수가 있다. 본 발명에서는, 표면 처리된 입자를 직접 얻을 수 있기 때문에, 제조·회수 후의 미표면 처리 입자를 표면 처리제와 함께 혼합, 건조, 회수한다는 일반적인 후처리에 의한 입자의 표면 처리가 불필요해져, 제조 공정을 간소화할 수가 있다. 이와 같이 본 발명에서는, 표면 처리된 미립자를, 용이하게 제조할 수가 있다.
한편, 미립자의 성질을 표면 처리제의 성질에 따라 컨트롤할 수 있기 때문에, 표면 처리제를 바꿈으로써, 용도에 따른 미립자를 용이하게 제조할 수가 있다.
표면 처리된 미립자의 용도로서는, 예를 들면, 도전 배선 등의 도체를 제작할 때에, 입경이 ㎛ 오더인 구리 입자에 미립자를 혼합해서, 구리 입자의 소결 조제로서 기능시킬 수도 있다. 또, 표면 처리된 미립자는, 도전 배선 등의 도체 이외에도, 전기 도전성이 요구되는 것에 이용 가능하고, 예를 들면, 반도체 소자끼리, 반도체 소자와 각종 전자 디바이스, 및 반도체 소자와 배선층 등의 접합에도 이용 가능하다.
본 발명은, 기본적으로 이상과 같이 구성되는 것이다. 이상, 본 발명의 미립자의 제조 장치 및 미립자의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 갖가지 개량 또는 변경을 해도 됨은 물론이다.
10: 미립자 제조 장치
12: 플라즈마 토치
14: 재료 공급 장치
15: 1차 미립자
16: 챔버
18: 2차 미립자
19: 사이클론
20: 회수부
22: 플라즈마 가스 공급원
22a: 제1 기체 공급부
22b: 제2 기체 공급부
24: 열 플라즈마 불꽃
28: 기체 공급 장치
28a: 제1 기체 공급원
28b: 제2 기체 공급원
29: 진공 펌프
30: 표면 처리된 미립자(미립자)
40: 공급부
42: 센서
St: 표면 처리제

Claims (12)

  1. 원료를 이용하여, 기상법에 의해 미립자를 제조하는 제조 장치로서,
    상기 기상법을 이용하여 상기 원료를 기상 상태의 혼합물로 하는 처리부와,
    상기 처리부에 상기 원료를 공급하는 원료 공급부와,
    상기 처리부의 상기 기상 상태의 상기 혼합물을, 불활성 가스를 포함하는 급랭 가스를 이용하여 냉각시키는 냉각부와,
    상기 기상 상태의 상기 혼합물이 상기 급랭 가스에 의해 냉각되어 미립자체(微粒子體)가 제조되고, 상기 미립자체에, 표면 처리제가 변성하지 않는 온도 영역에서, 상기 표면 처리제를 공급하는 공급부를 가지는, 미립자의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기상법은, 열 플라즈마법, 또는 화염법인, 미립자의 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면 처리제는, 유기산 단체(單體) 및 유기산 용액, 아민가를 가지는 분산제 단체 및 아민가를 가지는 분산제 용액, 산가를 가지는 분산제 단체 및 산가를 가지는 분산제 용액, 아민가와 산가를 가지는 분산제 단체 및 아민가와 산가를 가지는 분산제 용액, 실레인 커플링제 단체 및 실레인 커플링 용액, 유기 용매, 산성 물질 단체 및 산성 물질 용액, 염기성 물질 단체 및 염기성 물질 용액, 천연 수지 단체 및 천연 수지 용액, 그리고 합성 수지 단체 및 합성 수지 용액인, 미립자의 제조 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료는, 구리의 분말인, 미립자의 제조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급부는, 상기 원료를, 입자상(粒子狀)으로 분산시킨 상태에서, 상기 처리부에 공급하는, 미립자의 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급부는, 상기 원료를 액체에 분산시켜 슬러리로 하고, 상기 슬러리를 액적화(液滴化)해서 상기 처리부에 공급하는, 미립자의 제조 장치.
  7. 원료를 이용하여, 기상법에 의해 미립자를 제조하는 제조 방법으로서,
    기상법을 이용하여 상기 원료를 기상 상태의 혼합물로 하고, 상기 기상 상태의 상기 혼합물을, 불활성 가스를 포함하는 급랭 가스를 이용하여 냉각해서 미립자체를 제조하는 공정과,
    상기 미립자체에, 표면 처리제가 변성하지 않는 온도 영역에서, 상기 표면 처리제를 공급하는 공정을 가지는, 미립자의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기상법은, 열 플라즈마법, 또는 화염법인, 미립자의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 표면 처리제는, 유기산 단체 및 유기산 용액, 아민가를 가지는 분산제 단체 및 아민가를 가지는 분산제 용액, 산가를 가지는 분산제 단체 및 산가를 가지는 분산제 용액, 아민가와 산가를 가지는 분산제 단체 및 아민가와 산가를 가지는 분산제 용액, 실레인 커플링제 단체 및 실레인 커플링 용액, 유기 용매, 산성 물질 단체 및 산성 물질 용액, 염기성 물질 단체 및 염기성 물질 용액, 천연 수지 단체 및 천연 수지 용액, 그리고 합성 수지 단체 및 합성 수지 용액인, 미립자의 제조 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료는, 구리의 분말인, 미립자의 제조 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미립자체를 제조하는 공정에서는, 열 플라즈마 불꽃을 이용하여 상기 원료를 상기 기상 상태의 상기 혼합물로 하고 있으며, 상기 원료를, 입자상으로 분산시킨 상태에서, 상기 열 플라즈마 불꽃 속에 공급하는, 미립자의 제조 방법.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미립자체를 제조하는 공정에서는, 열 플라즈마 불꽃을 이용하여 상기 원료를 상기 기상 상태의 상기 혼합물로 하고 있으며, 상기 원료를, 액체에 분산시켜 슬러리로 하고, 상기 슬러리를 액적화해서 상기 열 플라즈마 불꽃 속에 공급하는, 미립자의 제조 방법.
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