JP2598652B2

JP2598652B2 - 気相化学反応装置

Info

Publication number: JP2598652B2
Application number: JP62269455A
Authority: JP
Inventors: 研一大塚
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPH01116013A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は金属またはセラミックスの粉末を製造する気
相化学反応装置に関する。

［従来の技術］第４図は、特開昭59-170211号公報に記載される金属
微粉製造用の気相化学反応装置を示す模式図である。第
４図において、１は易気化性金属化合物の気化部、２は
反応部、３は粉末捕集部、４は易気化性金属化合物蒸気
導入管、５は還元ガス導入管である。気化部１は、易気
化性金属化合物（例えばFeCl₂、NiCl₂、WCl₆等の金属ハ
ロゲン化物）を蒸発気化させ、反応部２は、該易気化性
金属化合物の蒸気と還元ガスとを接触、混合し、気相化
学反応の進行により金属の微粉を生成する。

すなわち、上記気相化学反応装置にあっては、気化部
１で蒸発気化した金属化合物がキャリアガスにより反応
部２に導かれて別に導入された還元ガスと反応する。す
なわち、金属化合物が水素ガス等により還元されて金属
の超微粉、微粉を生じ、これらの超微粉、微粉は粉末捕
集部３において回収される。

［発明が解決しようとする問題点］上記従来の気相化学反応装置にあっては、気化部１お
よび反応部２を構成する装置構造体の内壁と易気化性金
属化合物蒸気とが直接的に接触する構造になっており、
その内壁材質と易気化性金属化合物蒸気との間に反応を
生じ、その内壁材質が製品粉末に混入し、製品粉末を汚
染するおそれがある。

気化部１および反応部２の設置構造体の少なくとも最
外壁部は、ガスの漏洩を防ぐため金属材料を用いざるを
得ない。そこで、上記装置構造体の内壁部をセラミック
ス等の易気化性金属化合物蒸気と反応しにくい材質にて
構成することも考えられるが、この場合には金属とセラ
ミックスとの膨張の差等からセラミックスに亀裂を生
じ、結果としてセラミックスの亀裂部分を介する金属と
易気化性金属化合物蒸気との接触を生じ、製品粉末の汚
染を避けることができない。

また、金属材料からなる装置構造体の内面へ易気化性
金属化合物蒸気と反応しにくい材質（セラミックス、貴
金属等）をコーティングすることも考えられるが、この
場合には、セラミックスではこの装置に不可避な昇
温、降温の熱サイクルによる劣化、剥離を生じ、また
白金等の貴金属では高温による金属の相互拡散を生じて
外壁金属が表面に暴露される結果、製品粉末の汚染を避
けることができない。

本発明は、易気化性金属化合物より生成される粉末が
装置の構成材料（装置構造体、ガス導入管、気化用ルツ
ボ）にて汚染される可能性を確実に防止することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、易気化性金属化合物を受ける、気化用ルツ
ボを内蔵し、前記金属化合物を気化用ルツボに投入する
開口、および、キャリアガスを供給する開口を備えた前
記金属化合物を気化させる気化部と、前記気化部に隣接
し、反応ガスを供給する開口を備え、前記気化部から前
記キャリアガスとともに送られた前記金属化合物の蒸気
に、反応ガスを混合し、気相化学反応を生じさせる反応
部と、前記気化部、前記反応部を加熱する加熱装置と、
を備えた金属またはセラミックスの粉末を製造する気相
化学反応装置であって、前記気化部、および反応部は金
属材料の構造体とそれと間隙で隔てた内側の保護内壁と
の２層とし、該保護内壁、および前記気化用ルツボは、
前記構造体の金属材料と異なる前記製造する粉末と同じ
金属、前記製造する粉末と同じセラミックス、または前
記易気化性金属化合物と反応しない非金属材料であり、
前記保護内壁は、前記保護内壁と構造体との間隙に供給
された前記反応ガス、または不活性ガスが、反応部の端
部から装置内部に排出するように設けたものである。

［作用］本発明の最も特徴とするところは、金属またはセラミックスの粉末を製造する気相化学反
応装置において、前記気化部、および反応部は金属材料の構造体と内
側の保護内壁との２層とし、該保護内壁、および前記気
化用ルツボは、前記構造体の金属材料と異なる前記製造
する粉末と同じ金属、前記製造する粉末と同じセラミッ
クス、または前記易気化性金属化合物と反応しない非金
属材料に特定し、さらに、前記保護内壁は、前記保護内壁と構造体との間隙に
供給された前記反応ガス、または不活性ガスが、反応部
の端部から装置内部に排出するように設けたことを特徴
とする気相化学反応装置である。

さらに、詳細には、本願発明の気相化学反応装置は、
例えば、金属質の塩化物の蒸気に水素を反応ガスに用い
ると、金属の粉末が製造でき、酸素を反応ガスに用いる
と、酸化物の粉末、例えばセラミックスであるアルミナ
（Al₂O₃）が製造できる。また、メタンガスを反応ガス
に用いると炭化物の粉末が、アンモニアを反応ガスに用
いると、窒化物の粉末が製造できる。前記気相化学反応
装置において、保護内壁、および気化用ルツボは、例え
ばステンレス鋼などに代表される構造体の金属材料とは
異なる上記に説明した製造する粉末と同じ金属、または
前記製造する粉末と同じアルミナ等のセラミックスとす
る。または、黒鉛、石英ガラス等の非金属材料、アルミ
ナ（Al₂O₃）や炭化珪素（SiC）の非金属材料のセラミッ
クスの内で前記使用する易気化性金属化合物と反応しな
いものを用いることもできる。

また、保護内壁と構造体の間に間隙を設けたので、装
置の熱サイクルによる熱膨張差によって、保護内壁が割
れたり、剥離することがない。

さらに、保護内壁と構造体との間隙に、反応ガス、ま
たは不活性ガスを供給し、そのガスが反応部の端部から
装置内部に排出するようにしたから、前記端部から易気
化性金属蒸気が侵入して、外側の構造体の金属材料と反
応することがないのである。

上記構成のように、、およびを結合することで、
完全に粉末の汚染を防止した気相化学反応装置を提供し
たものである。

［実施例］第１図は本発明の第１実施例を示す模式図である。

気相化学反応装置10は、竪型をなしており、気化部1
1、反応部12、加熱装置13、冷却部14によって構成さ
れ、気体の流れを下向きに設定している。

気化部11は、易気化性金属化合物投入管15、易気化性
金属化合物を反応部12へ送るキャリアガス導入管16、反
応ガス導入管17、シースガス導入管18を備え、易気化性
金属化合物を受ける気化用ルツボ19を内蔵している。易
気化性金属化合物導入管15は、易気化性金属化合物を気
化用ルツボ19に投入するように気化部11内に延在し、キ
ャリアガス導入管16はキャリアガスを供給するように気
化部11内に延在している。反応ガス導入管17は２重円筒
状の気化用ルツボ19の中心に貫通配置し、着脱可能であ
る。また、気相化学反応では反応部内壁やガス導入管外
壁に析出を生ずることが不可避であるが、この反応装置
10にあっては、シースガス（反応ガス導入管閉塞防止
用）導入管18により、反応ガス導入管17を不活性ガスに
よってシース（反応ガス導入管の閉塞防止）し、操業後
に取り外して清掃することを可能としている。キャリア
ガス導入管16、反応ガス導入管17、シースガス導入管18
は３重管となっている。

反応部12は、気化部11の下部に接続され、気化用ルツ
ボ19の中心を貫通した反応ガス導入管17、シースガス導
入管18の開口端を配置せしめている。反応部12は、気化
部11からキャリアガスとともに送られた易気化性金属化
合物の蒸気に、反応ガスを混合し、気相化学反応を生じ
させる。なお、気化部11は大径の円筒状、反応部12は、
小径の円筒状とされている。

加熱装置12は、気化部加熱炉20と反応部加熱炉21とを
接続して構成されており、気化部加熱炉20は気化部11に
対応配置され、反応部加熱炉21は反応部12に対応配置さ
れている。両加熱炉20、21は、それらの発熱体と制御系
とを相互に別個としており、相互に独立に温度制御でき
るようになっている。気化部11の気化温度と反応部12の
反応温度とが同一であるときには、両加熱炉20、21の発
熱体、制御系を単一化してもよい。

冷却部14は、反応部12の下部に配設され、水ジャケッ
トを備えるとともに、その出口は粉末回収装置へ連な
る。

上記気相化学反応装置10は、易気化性金属化合物投入
管15から投入される易気化性金属化合物と、反応ガス導
入管17から導入される還元ガスとの間の気相化学反応に
より、金属の超微粉・微粉の粉末を製造することができ
る。ここで、易気化性金属化合物を連続的に投入すれ
ば、連続的な粉末の製造が可能となる。

しかして、上記気相化学反応装置10にあっては、気化
部11と反応部12を構成する金属材料製装置構造体22の内
側に、易気化性金属化合物と反応しない材質としての黒
鉛または石英ガラス等または製造体22を金属材料と異な
る製造粉末（金属もしくはセラミックス）と同材質にて
形成される保護内筒23を設けている。保護内筒23は気化
部11に対応する部分を大径、反応部12に対応する部分を
小径としている。保護内筒23は、上端部を、装置構造体
22の上端フランジ部22Aにシールされて挟着固定されて
おり、下端部を反応部12の下端側にて解放自由端として
いる。

また、装置構造体22の上端側外周部にはシールガス導
入管24が接続され、装置構造体22と保護内筒23の間隙25
にシールガスとしての、不活性ガスまたは反応ガスを供
給するようになっている。間隙25に供給された上記シー
ルガスは保護内筒23の自由端側から反応部12の内部に流
出する。

また、易気化性金属化合物投入管15、キャリアガス導
入管16、シースガス導入管18のうちで装置内高温部に存
在して易気化性金属化合物と接触する可能性のある部分
は、それらの装置内低温部側部分と切り離し、易気化性
金属化合物と反応しない材質としての黒鉛または石英ガ
ラス等または構造体22の金属材料と異なる製造粉末（金
属もしくはセラミックス）と同材質にて形成される。そ
れらの管の高温部側部分は低温部側部分に螺着される。
この時、螺着部の機密は完全である必要がない。

また、気化用ルツボ19も易気化性金属化合物と反応し
ない材質としての黒鉛または石英ガラス等または構造体
22の金属材料と異なる製造粉末（金属もしくはセラミッ
クス）と同材質にて形成される。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、装置構造体22の内側に不活性ガ
スまたは反応ガスを介した状態で、易気化性金属化合物
と反応しない材質（例えば黒鉛、石英ガラス等）または
製造粉末と同材質の保護内筒23が設けられ、装置構造体
22の構成材料と易気化性金属化合物との直接的な接触を
避けることができる。また、装置内に配置される易気化
性金属化合物投入管15、ガス導入管16、18、気化用ルツ
ボ19も易気化性金属化合物と反応しない材質（例えば黒
鉛、石英ガラス等）にて形成される。

したがって、易気化性金属化合物の投入管15から気化
用ルツボ19に投入される易気化性金属化合物は、装置内
の高温部にて黒鉛、石英ガラス等の該易気化性金属化合
物と反応しない材質からなるもの以外と接触することな
く、気化部11および反応部12に送られることになる。こ
れにより、易気化性金属化合物より生成される粉末が装
置の構成材料（装置構造体22、投入管15、ガス導入管1
6、18、気化用ルツボ19）にて汚染される可能性を確実
に防止することができる。

また、装置構造体22の構成材料として易気化性金属化
合物と反応し易い金属材料を用いながら、それらの反応
を避けることができる。これにより、完全に気密で強度
的に安全性の高い装置構造体22を形成し、且つ装置構造
体22の構造金属材料の溶出による汚染のない製品粉末を
製造できる。

なお、上記実施例においては、保護内筒23の一端部の
みを装置構造体22に固定するものとした。したがって、
装置の熱サイクルに対して保護内筒を自在に伸縮させる
ことができ、保護内筒23の亀裂等を防止し、装置を長時
間安定して稼動させることができる。この時、装置構造
体22と保護内筒23との間隙25に供給される不活性ガスま
たは反応ガスは保護内筒23の固定部から自由端側へと流
され、易気化性金属化合物蒸気が上記自由端から上記間
隙内に侵入することを防止できる。

第２図は本発明の第２実施例を示す模式図である。

この気相化学反応装置30が前記気相化学反応装置10と
異なる点は、気体の流れを上向きに設定した竪型である
ことにある。

気相化学反応装置30は、装置10と同様に、気化部31、
反応部32、加熱装置33、冷却部34を有している。また、
気化部31は易気化性金属化合物投入管35、キャリアガス
導入管36、気化用ルツボ37を備えている。また、反応部
32は反応ガス導入管38、シースガス導入管39を備えてい
る。

また、気相化学反応装置30は、装置10と同様に、装置
構造体40の内側に易気化性金属化合物と反応しない材質
または製造粉末と同材質の保護内筒41を設け、シールガ
ス導入管42により装置構造体40と保護内筒41との間隙43
に不活性ガスまたは反応ガスを流すこととしている。ま
た、気相化学反応装置30は、装置10と同様に、投入管3
5、ガス導入管36、39のうちで装置内高温部に存在して
易気化性金属化合物と接触する可能性のある部分、およ
び気化用ルツボ37を易気化性金属化合物と反応しない材
質にて形成している。

したがって、この気相化学反応装置30にあっても、易
気化性金属化合物より生成される粉末が装置の構成材料
（装置構造体40、投入管35、ガス導入管36、39、気化用
ルツボ37）にて汚染される可能性を確実に防止できる。

第３図は本発明の第３実施例を示す模式図である。

この気相化学反応装置50が前記気相化学反応装置10と
異なる点は、気体の流れを横向きに設定した横型である
ことにある。

気相化学反応装置50は、装置10と同様に、気化部51、
反応部52、加熱装置53、冷却部54を有している。また、
気化部51は易気化性金属化合物投入管55、キャリアガス
導入管56、気化用ルツボ57を備えている。また、反応部
52は反応ガス導入管58、シースガス導入管59を備えてい
る。

また、気相化学反応装置50は、装置10と同様に、装置
構造体60の内側に易気化性金属化合物と反応しない材質
または製造粉末と同材質の保護内筒61を設け、シールガ
ス導入管62により装置構造体60と保護内筒61との間隙63
に不活性ガスまたは還元ガスを流すこととしている。ま
た、気相化学反応装置50は、装置10と同様に、易気化性
金属化合物投入管55、キャリアガス導入管56、シースガ
ス導入管59のうちで装置内高温部に存在して易気化性金
属化合物と接触する可能性のある部分、および気化用ル
ツボ57を易気化性金属化合物と反応しない材質にて形成
している。

したがって、この気相化学反応装置50にあっても、易
気化性金属化合物より生成される粉末が装置の構成材料
（装置構造体60、投入管55、ガス導入管56、59、気化用
ルツボ57）にて汚染される可能性を確実に防止できる。

以下、本発明の具体的実施結果について説明する。

（実施例１）第１図に示した装置10を用い、銅超微粉を作成した。
易気化性金属化合物として塩化第一銅、還元ガスとして
水素を使用した。反応条件は、気化温度1000℃、反応温
度1000℃、キャリアガス（アルゴン）流量8l/分、水素
ガス流量5l/分、シールガス（アルゴン）流量１／
分、シースガス（アルゴン）流量１／分である。塩化
第一銅は２グラム／分の速度で蒸発し、反応率96％で約
0.2μｍの銅粉が得られた。反応装置構造体の外壁構成
部にはステンレス鋼を用い、保護内筒としては黒鉛を用
いた。得られた銅粉中には未反応の塩化銅の混入による
塩素と、空気との接触による酸素以外の不純物は検出さ
れず、汚染が存在しないことが認められた。

（実施例２）上記実施例１における保護内筒の構成材料を石英ガラ
スに代え、他の装置構成、反応条件については実施例１
におけると全く同様とした実験を行なった。その結果、
銅粉の特性も実施例１の結果と全く変わらず、汚染が存
在しないことが認められた。

（実施例３）上記実施例１における保護内筒の構成材料を銅に代
え、他の装置構成、反応条件については実施例１と同様
の実験を行なった。その結果、銅粉の特性も実施例１の
結果と全く変わらず、汚染が存在しないことが認められ
た。

（比較例１）上記実施例１における保護内筒を設けず、他の装置構
成については実施例１におけると全く同一の装置を用い
て、同一反応条件で銅粉を作成した。その結果、銅粉中
には銅、塩素、酸素以外に、Fe 2.34％、Cr 0.32％、Ni
0.28％、Mn 0.06％のステンレス鋼に起因する金属成分
が含まれた。反応後の装置構造体内壁の調査によっても
その腐食が確認された。

（比較例２）上記実施例１における保護内筒を設けず、装置構造体
を純ニッケルにて形成した反応装置により、実施例１と
同一反応条件で銅粉を作成した。その結果、銅粉中に
は、銅、塩素、酸素以外に、Ni 0.54％が含まれた。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、易気化性金属化合物
より生成される粉末が装置の構成材料（装置構造体、ガ
ス導入管、気化用ルツボ）にて汚染される可能性を確実
に防止することができ、かつ、装置を長時間安定して稼
動させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す模式図、第２図は本
発明の第２実施例を示す模式図、第３図は本発明の第３
実施例を示す模式図、第４図は従来例を示す模式図であ
る。 10、30、50……気相化学反応装置、11、31、51……気化
部、12、32、52……反応部、13……加熱装置、15、35、
55……易気化性金属化合物投入管、16、36、56……キャ
リアガス導入管、17、38、58……反応ガス導入管、18、
39、59……シースガス導入管、19、37、57……気化用ル
ツボ、22、40、60……装置構造体、23、41、61……保護
内筒（保護内壁）、24、42、62……シールガス導入管、
25、43、63……間隙。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】易気化性金属化合物を受ける、気化用ルツ
ボを内蔵し、前記金属化合物を気化用ルツボに投入する
開口、および、キャリアガスを供給する開口を備えた前
記金属化合物を気化させる気化部と、前記気化部に隣接し、反応ガスを供給する開口を備え、
前記気化部から前記キャリアガスとともに送られた前記
金属化合物の蒸気に、反応ガスを混合し、気相化学反応
を生じさせる反応部と、前記気化部、前記反応部を加熱する加熱装置と、を備えた金属またはセラミックスの粉末を製造する気相
化学反応装置であって、前記気化部、および反応部は金属材料の構造体とそれと
間隙で隔てた内側の保護内壁との２層とし、該保護内壁、および前記気化用ルツボは、前記構造体の
金属材料と異なる前記製造する粉末と同じ金属、前記製
造する粉末と同じセラミックス、または前記易気化性金
属化合物と反応しない非金属材料であり、前記保護内壁は、前記保護内壁と構造体との間隙に供給
された前記反応ガス、または不活性ガスが、反応部の端
部から装置内部に排出するように設けたことを特徴とす
る気相化学反応装置。
【請求項２】請求項１において、前記金属化合物を気化用ルツボに投入する開口は、一端
が前記気化部内に延在する易気化性金属化合物投入管で
あり、前記気化部にキャリアガスを供給する開口は、一端が前
記気化部内に延在するキャリアガス導入管であり、前記反応部に反応ガスを供給する開口は、一端が前記反
応部内に延在する反応ガス導入管であり、前記易気化性金属化合物投入管、前記キャリアガス導入
管、および前記反応ガス導入管は、前記構造体の金属材
料と異なる前記製造する粉末と同じ金属、前記製造する
粉末と同じセラミックス、または前記易気化性金属化合
物と反応しない非金属材料であることを特徴とする気相
化学反応装置。
【請求項３】請求項１または２において、保護内壁はその一部のみを構造体に固定されていること
を特徴とする気相化学反応装置。
【請求項４】請求項１、２、または３において、反応ガスを供給する開口の周囲に不活性ガスの供給口を
設け、前記供給口はシースガス導入管であって、前記構
造体の金属材料と異なる前記製造する粉末と同じ金属、
前記製造する粉末と同じセラミックス、または前記易気
化性金属化合物と反応しない非金属材料であることを特
徴とする気相化学反応装置。