特許 7236063 無機粉末の製造装置及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-01

(45)【発行日】2023-03-09

(54)【発明の名称】無機粉末の製造装置及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 9/22 20060101AFI20230302BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20230302BHJP

   B01J 2/00 20060101ALI20230302BHJP

【ＦＩ】

B22F9/22 G

B22F1/00 M

B22F1/00 L

B22F1/00 K

B22F1/00 S

B22F1/00 N

B22F1/00 R

B22F9/22 F

B22F9/22 Z

B01J2/00 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021193455

(22)【出願日】2021-11-29

【審査請求日】2021-11-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0154264

(32)【優先日】2021-11-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0154265

(32)【優先日】2021-11-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】514132475

【氏名又は名称】コリア インスティチュート オブ インダストリアル テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤン、ソン ミン

(72)【発明者】

【氏名】キム、キョン フン

(72)【発明者】

【氏名】キム、クン ヒ

(72)【発明者】

【氏名】チョン、ヨン キョ

(72)【発明者】

【氏名】クォン、オ ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】モ、チャン ピン

(72)【発明者】

【氏名】チョ、ヨン ス

(72)【発明者】

【氏名】パク、ヒョ ミン

(72)【発明者】

【氏名】チン、カン ファ

【審査官】▲辻▼ 弘輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０６３６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４５２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３９５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３８２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０４５２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２４７５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５２２３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２２３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公平０７－０６３６１５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】韓国公開特許第１０－２００５－０１０４２５７（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００２０１３５（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ９／１６－９／３０

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｂ０１Ｊ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凝縮相の前駆体が気化されて気相前駆体が形成される気化部と、
前記気化部で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される部分析出部と、
前記部分析出部から一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体が反応ガスと反応して無機粉末を形成する反応部と、を含み、
前記部分析出部での前記気相前駆体の平衡蒸気圧は、前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧よりも低く、
前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体の蒸気圧以上である、無機粉末の製造装置。

【請求項2】

前記気化部の温度は、前記部分析出部の温度よりも高く、
前記反応部の温度は、前記部分析出部の温度以上である、請求項１に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項3】

前記部分析出部は、前記気相前駆体の析出を誘導する析出誘導部材を含む、請求項１に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項4】

流路を含む前駆体供給部と、
前記前駆体供給部から供給される気相前駆体が反応ガスと反応して無機粉末を形成する反応部と、を含み、
前記前駆体供給部は、凝縮相の前駆体を気化させて気相前駆体を形成する気化部と、
前記気化部で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される部分析出部と、を含み、
前記前駆体供給部の流路は、流体が前記気化部及び前記部分析出部を順に通過した後、前記反応部に排出されるように構成され、
前記気化部及び前記部分析出部は、前記前駆体供給部の流路内に設けられ、
前記反応部には、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体が投入され、
前記部分析出部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧よりも低く、
前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体の蒸気圧以上である、無機粉末の製造装置。

【請求項5】

前記流路は、流体が下方に流動する下方流路及び流体が上方に流動する上方流路を１つ以上含んで構成され、
前記下方流路及び前記上方流路は、互いに隣接して並列に配される、請求項４に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項6】

前記気化部の温度は、前記部分析出部の温度よりも高く保持し、
前記反応部の温度は、前記部分析出部の温度以上に保持する、請求項４に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項7】

前記部分析出部にクエンチングガスが投入されるクエンチングガス投入口を含む、請求項４に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項8】

前記気化部は、熱源で加熱された下方流路内に含まれ、
前記部分析出部は、前記気化部を含む下方流路から繋がる上方流路と、前記反応部に繋がる下方流路と、の間に配されることを特徴とする、請求項４に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項9】

前記気化部は、熱源で加熱された下方流路に沿って下方に移動する流体が通過する領域に配された前駆体気化装置を含み、
前記部分析出部は、前記前駆体気化装置を含む下方流路から繋がる上方流路と、前記反応部に繋がる下方流路と、の間に配される、請求項４に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項10】

前記気化部は、熱源で加熱された上方流路に沿って上方に移動する流体が通過する領域に配された前駆体気化装置を含み、
前記部分析出部は、前記前駆体気化装置を含む上方流路から繋がる下方流路と、前記反応部に繋がる上方流路と、の間に配される、請求項４に記載の無機粉末の製造装置。

【請求項11】

気化部で凝縮相の前駆体を気化させて形成された気相前駆体を形成する段階と、
前記気相前駆体の一部を部分析出部から凝縮相に析出させる段階と、
一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体を反応部で反応ガスと反応させて無機粉末を形成する段階と、を含むが、
前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧は、前記部分析出部での前記前駆体の平衡蒸気圧よりも高くて、前記部分析出部から前記気相前駆体の一部が析出され、
前記部分析出部から一部が析出された後、残りの気相前駆体の蒸気圧は、前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧以下である、無機粉末の製造方法。

【請求項12】

前記気化部の温度は、前記部分析出部の温度よりも高く、
前記反応部の温度は、前記部分析出部の温度以上である、請求項１１に記載の無機粉末の製造方法。

【請求項13】

前記無機粉末は、金属粉末あるいはセラミック粉末を含む、請求項１１に記載の無機粉末の製造方法。

【請求項14】

前記前駆体は、金属酢酸塩、金属臭化物、金属炭酸塩、金属塩化物、金属フッ化物、金属水酸化物、金属ヨウ化物、金属硝酸塩、金属酸化物、金属リン酸塩、金属ケイ酸塩、金属硫酸塩、及び金属硫化物のうち少なくとも何れか１つを含む、請求項１１に記載の無機粉末の製造方法。

【請求項15】

前記無機粉末は、ニッケル、銅、銀、鉄、アルミニウム、コバルト、白金、金、錫、及びそれを含む合金のうち何れか１つを含む、請求項１１に記載の無機粉末の製造方法。

【請求項16】

前記無機粉末は、ニッケル、銅、銀、鉄、アルミニウム、コバルト、白金、金及び錫のうち何れか１つの酸化物、窒化物及び炭化物のうち何れか１つを含む、請求項１１に記載の無機粉末の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無機粉末（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｗｄｅｒ）の製造装置及びそれを用いた無機粉末の製造方法に係り、より詳細には、気相前駆体と反応ガスとの化学反応を用いて無機粉末を製造する化学気相合成（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）装置及びそれを用いた無機粉末の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

化学気相合成工程は、気相前駆体と反応ガスとの化学反応を通じて固相の物質を製造する工程である。前記固相の物質は、金属あるいはセラミックのような無機物を含む。化学気相合成工程によって無機物からなる粉末（以下、無機粉末と称する）を製造することができる。前駆体は、常温で気相であるものだけではなく、常温で固相または液相であるものを気化させて使用する。

【0003】

液相前駆体の供給方法としては、ポンプ、スプレー、バブラーなどがある。ポンプを利用する場合、体積が大きな液滴が反応器に入って気化されなければならず、この液滴の比表面積が小さくて熱伝達が円滑ではないので、気化に長い滞在時間が必要な問題がある。スプレーを利用する場合、小さな液滴が発生するが、依然として比表面積が小さな問題、スプレーするために多くのガスが使われる問題、スプレー角度による反応器直径の制約問題がある。バブラーを利用する場合、ポンプやスプレーに比べて定量を注入しやすいが、溶液の残量やガス流量などによって気化量が変化するという問題がある。

【0004】

固相前駆体の供給方法としては、フィーダー（ｆｅｅｄｅｒ）を用いて粉末またはペレットを装入して気化させるか、坩堝に原料を装入して気化させる方法などがある。フィーダーを用いて粉末を装入する場合、粉末の流動性、粉末の水分の含量のような特性によって、フィーダーの誤差が発生し、これにより、定量注入が難しいという問題がある。フィーダーを用いてペレットを装入する場合、ペレットが気化されることによって、比表面積の変化が発生して気化される量が一定ではないという問題が発生する。坩堝に原料を装入する場合、同様に原料が気化されることによって、比表面積の変化が発生して気化される量が一定ではないという問題が発生する。

【0005】

このように、常温で固相または液相である前駆体は、定量供給が難しいという問題があり、化学気相合成工程で粉末を製造する場合、前駆体の供給量が変化することによって、製造される粉末のサイズ分布が一定ではなく、不均一になるという問題がある。したがって、化学気相合成工程用の固相または液相前駆体の定量供給の方案が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００５－３４７１７７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の技術的思想が果たそうとする技術的課題は、固相または液相の前駆体を気化させた気相前駆体を反応部に一定の量で定量供給することができる前駆体供給部を含む化学気相合成装置を提供するところにある。また及びそれを用いて均一な形状及び狭い粒度分布を有する無機粉末を製造する方法を提供するところにある。

【0008】

しかし、このような課題は、例示的なものであって、本発明の技術的思想は、これに限定されるものではない。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一観点によれば、凝縮相の前駆体が気化されて気相前駆体が形成される気化部；前記気化部で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される部分析出部；及び前記部分析出部から一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体が反応ガスと反応して無機粉末を形成する反応部；を含む無機粉末の製造装置が提供される。

【0010】

本発明の一実施例によれば、前記部分析出部での前記気相前駆体の平衡蒸気圧は、前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧よりも低く、前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体の蒸気圧以上である。

【0011】

本発明の一実施例によれば、前記気化部の温度は、前記部分析出部の温度よりも高く、前記反応部の温度は、前記部分析出部の温度以上である。

【0012】

本発明の一実施例によれば、前記部分析出部は、前記気相前駆体の析出を誘導する析出誘導部材を含みうる。

【0013】

本発明の一実施例によれば、前記無機粉末の製造装置は、前記気化部、部分析出部及び反応部が重力方向に対して下から上側に順次配される上向き式、上側から下に順次配される下向き式、及び重力方向に垂直な方向に順次配される水平式を含みうる。

【0014】

本発明の一観点によれば、流路を含む前駆体供給部；及び前記前駆体供給部から供給される気相前駆体が反応ガスと反応して無機粉末を形成する反応部；を含む無機粉末の製造装置が提供される。

【0015】

本発明の一実施例によれば、前記前駆体供給部は、凝縮相の前駆体を気化させて気相前駆体を形成する気化部；及び前記気化部で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される部分析出部；を含みうる。

【0016】

本発明の一実施例によれば、前記前駆体供給部の流路は、流体が前記気化部及び前記部分析出部を順に通過した後、前記反応部に排出されるように構成され、前記反応部には、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体が投入される。

【0017】

本発明の一実施例によれば、前記部分析出部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧よりも低く、前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体の蒸気圧以上である。

【0018】

本発明の一実施例によれば、前記流路は、流体が下方に流動する下方流路及び流体が上方に流動する上方流路を１つ以上含んで構成され、前記下方流路及び前記上方流路は、互いに隣接して並列に配置される。

【0019】

本発明の一実施例によれば、前記気化部の温度は、前記部分析出部の温度よりも高く保持し、前記反応部の温度は、前記部分析出部の温度以上に保持する。

【0020】

本発明の一実施例によれば、前記部分析出部にクエンチングガスが投入されるクエンチングガス投入口を含みうる。

【0021】

本発明の一実施例によれば、前記前駆体供給部の流路のうち、前記反応部に排出される部分は、流体が移動する方向に沿って流路の断面積が増加するように形成される領域を含みうる。

【0022】

本発明の一実施例によれば、前記気化部は、熱源で加熱された下方流路内に含まれ、前記部分析出部は、前記気化部を含む下方流路から繋がる上方流路と、前記反応部に繋がる下方流路と、の間に配置される。

【0023】

本発明の一実施例によれば、前記気化部は、熱源で加熱された下方流路に沿って下方に移動する流体が通過する領域に配された前駆体気化装置を含み、前記部分析出部は、前記前駆体気化装置を含む下方流路から繋がる上方流路と、前記反応部に繋がる下方流路と、の間に配置される。

【0024】

本発明の一実施例によれば、前記気化部は、熱源で加熱された上方流路に沿って上方に移動する流体が通過する領域に配された前駆体気化装置を含み、前記部分析出部は、前記前駆体気化部装置を含む上方流路から繋がる下方流路と、前記反応部に繋がる上方流路と、の間に配置される。

【0025】

本発明の他の観点によれば、気化部で凝縮相の前駆体を気化させて形成された気相前駆体を形成する段階；前記気相前駆体の一部を部分析出部から凝縮相に析出させる段階；及び一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体を反応部で反応ガスと反応させて無機粉末を形成する段階；を含む無機粉末の製造方法が提供される。

【0026】

本発明の一実施例によれば、前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧は、前記部分析出部での前記前駆体の平衡蒸気圧よりも高くて、前記部分析出部から前記気相前駆体の一部が析出され、前記部分析出部から一部が析出された後、残りの気相前駆体の蒸気圧は、前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧以下である。

【0027】

本発明の一実施例によれば、前記気化部の温度は、前記部分析出部の温度よりも高く、前記反応部の温度は、前記部分析出部の温度以上である。

【0028】

本発明の一実施例によれば、前記無機粉末は、金属粉末あるいはセラミック粉末を含みうる。

【0029】

本発明の一実施例によれば、前記前駆体は、金属酢酸塩（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔａｔｅ）、金属臭化物（ｍｅｔａｌ ｂｒｏｍｉｄｅ）、金属炭酸塩（ｍｅｔａｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、金属塩化物（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、金属フッ化物（ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、金属水酸化物（ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、金属ヨウ化物（ｍｅｔａｌ ｉｏｄｉｄｅ）、金属硝酸塩（ｍｅｔａｌ ｎｉｔｒａｔｅ）、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）、金属リン酸塩（ｍｅｔａｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、金属ケイ酸塩（ｍｅｔａｌ ｓｉｌｉｃａｔｅ）、金属硫酸塩（ｍｅｔａｌ ｓｕｌｆａｔｅ）、及び金属硫化物（ｍｅｔａｌ ｓｕｌｆｉｄｅ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。

【0030】

本発明の一実施例によれば、前記無機粉末は、ニッケル（ｎｉｃｋｅｌ）、銅（ｃｏｐｐｅｒ）、銀（ｓｉｌｖｅｒ）、鉄（ｉｒｏｎ）、アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ）、コバルト（ｃｏｂａｌｔ）、白金（ｐｌａｔｉｎｕｍ）、金（ｇｏｌｄ）、錫（ｔｉｎ）、及びそれを含む合金（ａｌｌｏｙ）のうち何れか１つを含みうる。

【0031】

本発明の一実施例によれば、前記無機粉末は、ニッケル、銅、銀、鉄、アルミニウム、コバルト、白金、金及び錫のうち何れか１つの酸化物、窒化物及び炭化物のうち何れか１つを含みうる。

【発明の効果】

【0032】

本発明による場合、気相前駆体を反応部に一定の量で定量供給することによって、均一な形状及び狭い粒度分布を有する無機粉末を製造することができる。前述した本発明の効果は、例示的に記載され、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の技術思想による部分析出部の概念を説明する化学気相合成装置の概念図である。

【図2A】各条件で前駆体注入速度による気化部での前駆体蒸気圧及び部分析出後の前駆体蒸気圧を示した図面である。

【図2B】各条件で前駆体注入速度による気化部での前駆体蒸気圧及び部分析出後の前駆体蒸気圧を示した図面である。

【図3A】各条件で前駆体注入速度による気化部での前駆体蒸気圧及び部分析出後の前駆体蒸気圧を示した図面である。

【図3B】各条件で前駆体注入速度による気化部での前駆体蒸気圧及び部分析出後の前駆体蒸気圧を示した図面である。

【図4A】各条件で前駆体注入速度による気化部での前駆体蒸気圧及び部分析出後の前駆体蒸気圧を示した図面である。

【図4B】各条件で前駆体注入速度による気化部での前駆体蒸気圧及び部分析出後の前駆体蒸気圧を示した図面である。

【図5A】本発明の技術思想による多様な形態の化学気相合成装置の概念図である。

【図5B】本発明の技術思想による多様な形態の化学気相合成装置の概念図である。

【図5C】本発明の技術思想による多様な形態の化学気相合成装置の概念図である。

【図6】本発明の技術思想による垂直型下向き式化学気相合成装置の概略図である。

【図7A】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図7B】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図8A】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図8B】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図9A】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図9B】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図9C】本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図10A】本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図10B】本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図11A】本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図11B】本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図11C】本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図12A】本発明の技術思想による水平式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図12B】本発明の技術思想による水平式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図12C】本発明の技術思想による水平式前駆体供給部の実施例を示した図面である。

【図13】発明例及び比較例によって製造されたニッケル粉末をＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した結果である。

【図14】発明例及び比較例によって製造されたニッケル粉末をＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した結果である。

【図15】発明例及び比較例によって製造されたニッケル粉末をＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。本発明の実施例は、当業者に本発明の技術的思想をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施例は、さまざまな他の形態に変形され、本発明の技術的思想の範囲が、下記の実施例に限定されるものではない。むしろ、これらの実施例は、本開示を、さらに充実かつ完全にし、当業者に本発明の技術的思想を完全に伝達するために提供されるものである。本明細書において、同じ符号は、始終同じ要素を意味する。さらに、図面での多様な要素と領域は、概略的に描かれたものである。したがって、本発明の技術的思想は、添付した図面に描かれた相対的なサイズや間隔によって制限されるものではない。

【0035】

本発明において、気相前駆体は、固相あるいは液相を気化させて形成することができ、以下、固相（ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ）あるいは液相（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ）を気相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）と区分して凝縮相（ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ ｐｈａｓｅ）と定義する。

【0036】

本発明の技術思想によれば、気相前駆体と反応ガスとの反応を通じて無機粉末を製造する化学気相方法において、製造される無機粉末の均一な形状及び狭い粒度分布を具現するために、前記気相前駆体を可能な限り定量で均一に供給する装置及び方法が提供される。そのために、凝縮相から気化されて形成された気相前駆体を反応ガスと反応させる前に一部を凝縮相に析出させる構成が提供される。このように部分析出を通じて飽和蒸気圧に到達した気相前駆体は、引き続き反応部に投入されて反応ガスと反応して無機粉末を形成する。

【0037】

気相前駆体が特定温度で飽和蒸気圧に到達したということは、飽和蒸気圧を超過して気化された気相前駆体はいずれも凝縮相に析出されたということを意味する。特定温度での飽和蒸気圧は、一定の値で定められるので、前記特定温度で飽和蒸気圧を保持するならば、気相前駆体の量も一定に保持するということを意味する。飽和蒸気圧よりもさらに多くの量の前駆体が気化されたとしても、一旦飽和蒸気圧を有する条件を経れば、飽和蒸気圧を超過する量ほどの前駆体はいずれも凝縮相に析出される。本発明では、気相前駆体の一部を析出させて飽和蒸気圧を有させる構成を部分析出部と称する。このような部分析出部は、流体が通過することができる領域あるいは空間を含む。部分析出部は、前記領域あるいは空間内に部分析出を誘導する析出誘導部材をさらに含みうる。

【0038】

本発明において、無機粉末の原料に該当する前駆体は、反応ガスと反応して無機粉末を形成する凝縮相の金属化合物である。前記前駆体は、金属臭化物、金属炭酸塩、金属塩化物、金属フッ化物、金属水酸化物、金属ヨウ化物、金属硝酸塩、金属酸化物、金属リン酸塩、金属ケイ酸塩、金属硫酸塩、及び金属硫化物のうち少なくとも何れか１つを含みうるが、これらに限定されるものではない。

【0039】

前記無機粉末は、ニッケル、銅、銀、鉄、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、白金、金、錫、及びそれを含む合金のうち何れか１つを含む。

【0040】

前記無機粉末は、ニッケル、銅、銀、鉄、アルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）、白金、金及び錫のうち何れか１つの酸化物、窒化物及び炭化物のうち何れか１つである。

【0041】

図１は、本発明の技術思想による部分析出部の概念を説明する化学気相合成装置１００の概念図である。図１を参照すれば、化学気相合成装置１００は、気化部（Ｅ）、部分析出部（Ｃ）及び反応部（Ｒ）を含む。

【0042】

気化部（Ｅ）は、凝縮相の前駆体が気化されて気相前駆体が形成される領域である。一例として、図１のように、気化部（Ｅ）の内部には、熱源によって前駆体を加熱して気化させる前駆体気化装置（Ｍ）がその内部に配置される。前駆体気化装置（Ｍ）は、粉末あるいはペレット（ｐｅｌｌｅｔ）状の前駆体、あるいは液相の前駆体が装入される坩堝形態を有しうる。この場合、気化部（Ｅ）に投入されるキャリアガス（ＣＧ）は、前駆体気化装置（Ｍ）で気化された気相前駆体と混合される。キャリアガス（ＣＧ）と気相前駆体の混合ガスは、部分析出部（Ｃ）の内部に移動する。図１の矢印１１０は、キャリアガスと気相前駆体の混合ガスとが部分析出部（Ｃ）に投入されることを示す。

【0043】

他の例として、気化部（Ｅ）は、熱源によって前駆体の気化温度以上に加熱される。このように加熱された気化部にキャリアガスと共に粉末状の前駆体が投入されて気相に気化されることにより、気相前駆体が形成されうる。

【0044】

部分析出部（Ｃ）は、気化部（Ｅ）で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される領域である。この際、部分析出部（Ｃ）から析出される前駆体は、当該温度での平衡蒸気圧に該当する前駆体の気化量を超過するものである。このように凝縮相に析出された前駆体は、自重によって部分析出部（Ｃ）の下部に落下するか、あるいは気相前駆体が移動する経路上にある部材の表面に凝集された形態で析出される。図１の矢印１２０は、部分析出部（Ｃ）から一部が凝縮相に析出された気相前駆体とキャリアガスとの混合ガスが反応部（Ｒ）に投入されることを示す。

【0045】

反応部（Ｒ）は、部分析出部（Ｃ）から一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体が反応ガスと反応して無機粉末を形成する領域である。図１には図示されていないが、反応部（Ｒ）には、反応に必要な反応ガスが投入される構成が存在する。気相前駆体は、部分析出部（Ｃ）に既に一部が析出されて常に飽和状態で反応部（Ｒ）に投入されるために、反応部（Ｒ）に供給される気相前駆体は一定の値を保持する。このような前駆体の定量供給の効果として反応部（Ｒ）で形成される無機粉末は、均一な形状と共に粉末の直径も均一であって、狭い粒度分布を示す。したがって、気相前駆体の不規則な供給によって粉末のサイズが毎回不均一に変化するか、粉末の粒度分布が広がる従来の問題を解決することができる。

【0046】

本発明の技術思想は、下記の条件１及び条件２を満足させることで具現可能である。

【0047】

条件１：部分析出部での気相前駆体の平衡蒸気圧（ＰＣ^ｅｑ）は、気化部で形成された気相前駆体の蒸気圧よりも低い

【0048】

条件２：反応部での前駆体の平衡蒸気圧（ＰＲ^ｅｑ）は、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出され、残りの気相前駆体の蒸気圧（Ｐ_Ｃ）以上である

【0049】

条件１を満足する場合、（ＰＣ^ｅｑ）と（Ｐ_Ｅ）との差に該当する量ほど前駆体が析出する。

【0050】

条件１を満足させた状態で一部が析出された気相前駆体が反応部に投入されたとしても、反応部の平衡蒸気圧（ＰＲ^ｅｑ）に比べて反応部に投入された気相前駆体の蒸気圧（Ｐ_Ｃ）が依然としてさらに高ければ、やはり反応部でも部分析出部でのように気相前駆体の一部が凝縮相に析出される。このような析出は、反応ガスとの反応によって正常に製造された無機粉末ではない不純物なので、このような反応部での析出は、無機粉末の品質を大きく悪化させる要因となる。

【0051】

したがって、反応部では、（ＰＲ^ｅｑ）が（Ｐ_Ｃ）よりも少なくとも同じか、さらに大きな値を有さなければならない。このような条件を満足して初めて、反応部で反応ガスとの反応の以外に気相前駆体の析出によって凝縮相が形成される現象が表われない。

【0052】

逆に、（Ｐ_Ｃ）が（ＰＲ^ｅｑ）に比べてさらに小さな値を有する場合、反応部に投入された気相前駆体は、反応ガスと接触する前までは析出が起こらず、反応ガスと接触した後、反応に参加する。

【0053】

気化部から部分析出部を経て反応部に排出されるガスの流量が一定に保持される場合、各部分での温度について説明する。条件１を満足するために、図１に示された気化部（Ｅ）は、前駆体気化温度以上の温度であるＴ１を有し、部分析出部（Ｃ）は、気化部（Ｅ）の温度Ｔ１に比べて低い温度であるＴ２を有する。Ｔ１とＴ２との温度差は、気相前駆体の一部を凝縮相に析出させる熱力学的駆動力として作用する。また、条件２を満足するためには、反応部（Ｒ）の温度Ｔ３は、部分析出部（Ｃ）での温度Ｔ２と同じか、大きな値を有する。したがって、反応部（Ｒ）から投入された気相前駆体が凝縮相に析出される熱力学的駆動力が存在せず、凝縮相に析出される現象が表われない。

【0054】

本発明の技術思想を証明するために、図１に示された化学気相合成装置１００を用いて、気化部、部分析出部及び反応部での温度による気相前駆体の挙動を電算模写した。

【0055】

電算模写に用いられた前駆体は、ニッケル粉末製造用である固相のＮｉＣｌ_２であり、温度によるＮｉＣｌ_２の平衡蒸気圧を考慮して、ＮｉＣｌ_２は、気化温度以上に保持される気化部に投入された後、気化されると設定した。キャリアガスは、窒素（Ｎ_２）と設定し、前駆体の蒸気圧変化のみ観察するために、反応は考慮しなかった。キャリアガスは、比較例Ａは１５ＬＰＭにし、残りは３０ＬＰＭに固定した。気化ＮｉＣｌ_２の蒸気圧は、気相ＮｉＣｌ_２とキャリアガスとが混合された混合ガスに対して気相ＮｉＣｌ_２の量が占める分率に化学気相合成装置内の全体圧力を乗算して導出した。したがって、投入されるキャリアガスの流量が一定の場合に、ＮｉＣｌ_２蒸気圧は、温度によってその値が決定される。

【0056】

表１には、電算模写に用いられた工程条件が示されており、図２Ａないし図４Ｂには、各工程条件で前駆体注入速度（Ｖ）による気化部での前駆体蒸気圧（Ｐ１）、部分析出後の前駆体蒸気圧（Ｐ２）及び反応部での前駆体の平衡蒸気圧（Ｐ３）の結果が示されている。

【0057】

【表1】

【0058】

図２Ａ及び図２Ｂは、実施例Ａ及び実施例Ｂの条件での電算模写の結果であって、経時的な前駆体注入速度（Ｖ、ｇ／ｍｉｎ）による気化部での前駆体蒸気圧（Ｐ１、ｋＰａ）及び部分析出後の前駆体蒸気圧（Ｐ２、ｋＰａ）を示したものである。

【0059】

表１を参照すれば、実施例Ａ及び実施例Ｂは、いずれも条件１及び条件２を満足している。すなわち、化学気相合成装置に投入されるキャリアガスの流量を３０ＬＰＭに保持する時、気化部の温度が部分析出部の温度よりも高く保持され、部分析出部及び反応部の温度は、同様に保持される。ＮｉＣｌ_２の８５０℃、９００℃及び９５０℃の平衡蒸気圧は、９．７８ｋＰａ、２４．９７ｋＰａ及び５８．４６ｋＰａである。したがって、９５０℃に保持される気化部から十分に気化されたＮｉＣｌ_２の蒸気圧は、最大５８．４６ｋＰａであり、９００℃に保持される部分析出部に投入されれば、部分析出部の平衡蒸気圧である２４．９７ｋＰａを超過するほど析出が起こる。実施例Ａの場合、反応部の温度は９００℃であって、部分析出部と同一なので、部分析出が起こった気相前駆体が反応部に投入されても、熱力学的駆動力がなくて、これ以上の析出は起こらない。

【0060】

図２Ａを参照すれば、気化部に投入された前駆体投入速度（Ｖ）は、時間当たり投入されるＮｉＣｌ_２の重量を意味し、投入されるＮｉＣｌ_２重量の増減に対応して気化部内のＮｉＣｌ_２の蒸気圧（Ｐ１）も増減を示すことを確認することができる。しかし、部分析出部では、ＮｉＣｌ_２の平衡蒸気圧を超過する気相のＮｉＣｌ_２が固相に析出されることによって、部分析出後にはＮｉＣｌ_２の投入量に関係なくＮｉＣｌ_２の蒸気圧は平衡蒸気圧（Ｐ２）に一定に保持されることを確認することができる。これは、反応器の気化部に投入されるＮｉＣｌ_２の量が不規則であるとしても、反応部では常に気化されたＮｉＣｌ_２の蒸気圧が一定に保持されるということを意味する。

【0061】

図２Ｂは、実施例Ｂの結果であって、反応部での温度が１０００℃であることを除き、残りのあらゆる実験条件が実施例Ａと同一であった。反応部の温度が１０００℃である場合、やはり反応部でこれ以上の析出は起こらないという点で実施例Ａと電算模写の結果は同様に表われる。

【0062】

図３Ａ及び図３Ｂは，比較例Ａ及び実施例Ｃの電算模写の結果を示したものである。図３Ａを参照すれば、比較例Ａの場合、気化部に投入されるＮｉＣｌ_２の注入速度（Ｖ）が大きな偏差を有し、これは、経時的なＮｉＣｌ_２の投入重量に大きな偏差があるということを意味する。前駆体注入速度が最低値を示す場合には、気化部での蒸気圧（Ｐ１）が部分析出部での平衡蒸気圧よりも低いレベルを有する。このような状態でＮｉＣｌ_２が気化部に投入された後、気化されて部分析出部に入る場合、気化部での気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧（Ｐ１）が部分析出部での平衡蒸気圧よりも低い状態の蒸気圧が存在するので、条件１を満足することができなくなる。したがって、実施例Ａでのように、気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧（Ｐ２）が部分析出部で飽和蒸気圧に一定になる効果が表われない。このように気化部に投入されるＮｉＣｌ_２の重量変化に対応して気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧が変化される状態で気相ＮｉＣｌ_２が反応部に投入されれば、これは、反応部に供給される気相ＮｉＣｌ_２の量が経時的に不規則に変動するということを意味する。このような条件下で反応部から生成されたニッケル粒子は、直径のサイズが不規則であって、粒度分布が広い値を示す。

【0063】

このような問題を解決するためには、気化部で気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧を部分析出部の平衡蒸気圧よりも高い値に増加させなければならない。実施例Ｃは、比較例Ａと比較してキャリアガスの投入量を１５ＬＭＰに減少させたものである。このようなキャリアガス投入量を半分に減少させることによって、キャリアガスと気化されたＮｉＣｌ_２との混合ガス内での気相ＮｉＣｌ_２の分率が相対的に増加する。これにより、気化部でＮｉＣｌ_２の蒸気圧が部分析出部での気相ＮｉＣｌ_２の飽和蒸気圧よりもさらに大きくなる。図３Ｂを参照すれば、気化部でのＮｉＣｌ_２ガスの蒸気圧（Ｐ１）が増加することによって、部分析出部では析出によって気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧（Ｐ２）が飽和蒸気圧に一定になると確認することができる。

【0064】

図４Ａ及び図４Ｂは，比較例Ｂ及び比較例Ｃの電算模写の結果を示したものである。

【0065】

表１を参照すれば、比較例Ｂの場合、気化部の温度よりも部分析出部の温度がさらに高く保持されている。したがって、条件１を満足することができず、気化部から気化されたＮｉＣｌ_２の蒸気圧（Ｐ１）が部分析出部での平衡蒸気圧よりも大きくて、一部が析出される効果は表われない。したがって、部分析出部での気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧（Ｐ２）は、気化部での蒸気圧（Ｐ１）と実質的に同一であって、反応部でも経時的な気相ＮｉＣｌ_２の蒸気圧の変化が気化部では実質的に同じ形態に表われる。これは、反応部に気相ＮｉＣｌ_２の定量供給が起こらないということを意味する。

【0066】

表１を参照すれば、比較例Ｃの場合、反応部の温度が８５０℃であって、部分析出部の温度である９００℃に比べてさらに低い値を有して条件２を満足することができない。したがって、図４Ｂを参照すれば、部分析出部から一部が析出された気相ＮｉＣｌ_２がＰ２の蒸気圧を有し、反応部に投入されても、反応部での平衡蒸気圧（Ｐ３）を超過するほど固相のＮｉＣｌ_２が析出される。このように、反応部で固相のＮｉＣｌ_２が析出された場合には、製品として活用することができなくなる。

【0067】

本発明の技術思想による場合、部分析出部は、条件１及び条件２を満足するために、特定の温度に保持され、流体が移動することができる空間を含めば十分である。図５Ａないし図５Ｃは，本発明の技術思想による多様な形態の化学気相合成装置の概念図である。気化部（Ｅ）、部分析出部（Ｃ）及び反応部（Ｒ）の配置方式によって重力方向に対して下から上側に順次配される上向き式、上側から下に順次配される下向き式、及び重力方向に垂直な方向に順次配される水平式が、それぞれ図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示されている。

【0068】

図５Ａ及び図５Ｃを参照すれば、上向き式５００及び水平式５２０の場合には、前駆体気化装置（Ｍ）を気化部（Ｅ）内に備えることができる。前駆体気化装置（Ｍ）から気化された気相前駆体は、気化部（Ｅ）に投入されるキャリアガス（ＣＧ）と混合されて混合ガスを構成する。前記混合ガスは、部分析出部及び反応部に移動する。反応部（Ｒ）では、別途に投入される反応ガス（ＲＧ）と反応して無機粉末を形成する。

【0069】

図５Ｂを参照すれば、下向き式５１０の場合には、キャリアガスによって移動する粉末状の前駆体（ＳＣ）を気化部（Ｅ）に投入すれば、高温で加熱される気化部（Ｅ）内で下降しながら、直ちに気化させる。反応部（Ｒ）では、別途に投入される反応ガス（ＲＧ）と反応して無機粉末を形成する。

【0070】

図５Ａないし図５Ｃは、例示的なものであり、上向き式及び水平式の場合にも、前駆体粉末がキャリアガスと共に気化部に投入され、下向き式の場合にも、気化部内に前駆体気化装置が備えられるということはいうまでもない。

【0071】

各形態の化学気相合成装置の部分析出部には、気相前駆体の部分析出を誘導することができる析出誘導部材（ＰＩＭ）がさらに配置される。析出誘導部材（ＰＩＭ）は、気化部（Ｅ）から供給された気相前駆体の一部が部分析出されるように気化部（Ｅ）に比べて相対的に低い温度を保持する。また、気化部（Ｅ）から供給された気相前駆体が部分析出が起こった後、反応部（Ｒ）が移動できるように気相前駆体が通過することができる流路が形成されうる。また、部分析出が起こった凝集相、例えば、粒子状の固相や液滴などは、析出誘導部材に張り付いて積層することができる。

【0072】

図６には、本発明の技術思想による無機粉末の製造装置の一例として、反応チャンバが垂直型である下向き式化学気相合成装置６００が示されている。

【0073】

図６を参照すれば、化学気相合成装置６００は、垂直方向に中空状が延びる垂直型反応チャンバ６１０を含む。反応チャンバ６１０の外周面には、反応チャンバ６１０を加熱するための加熱部６４０が配される。加熱部６４０は、例えば、電気で加熱される抵抗加熱体で構成することができる。加熱部６４０は、複数のヒーターに区分されて、各ヒーターは、別途に温度が制御される。例えば、図６のように、下方にヒーター１（６４１）、ヒーター２（６４２）及びヒーター３（６４３）のように３個のヒーターが配置される。３個のヒーター６４１、６４２、６４３のそれぞれは、別途の温度で制御される。したがって、各ヒーターの温度を制御することにより、反応チャンバ６１０の位置別に多様な温度分布を具現することができる。例えば、前駆体供給部（Ｓ）内で上部と下部との温度を互いに異ならせて保持する。他の例として、反応部の温度が下方に行くほどさらに低い温度になるように具現することができる。

【0074】

反応チャンバ６１０の上部には、前駆体を気化させて反応部に供給する前駆体供給部（Ｓ）が配され、前駆体供給部（Ｓ）の下部には、気相の前駆体と反応ガスとが互いに反応して無機粉末が形成される反応部（Ｒ）が配される。反応部（Ｒ）から生成された無機粉末は、反応部（Ｒ）の下部の捕集部（Ｇ）から捕集された後、分級、粉末洗浄のような一連の過程をさらに経る。

【0075】

反応チャンバ６１０の上部に配された第１供給部６２０は、原料である前駆体をキャリアガスと共に前駆体供給部（Ｓ）に供給する。他の例として、前駆体供給部（Ｓ）内に前駆体気化装置が内在されている場合には、気化された前駆体を運ぶためのキャリアガスのみを投入することができる。追加的に、第１供給部には、別途の流路がさらに形成されて前駆体供給部内の部分析出部を冷却するためのクエンチングガスがさらに供給されうる。前駆体供給部（Ｓ）は、前駆体の気化が起こるので、一定の温度以上の高温に保持する必要がある。また、前駆体供給部（Ｓ）内で気相前駆体の部分析出が起こらなければならないので、局所的には相対的に温度が低い領域が存在する。このために、前駆体供給部（Ｓ）の周囲の加熱部の温度を適切に制御して前駆体供給部内の温度が局所的に異なるように保持する。

【0076】

第２供給部６３０は、前駆体供給部（Ｓ）から反応部（Ｒ）に投入される気相前駆体と反応する反応ガスが投入される流路であって、反応部に直接反応ガスを供給するための構成を有するならば、形状や経路が特に限定するものではない。

【0077】

前駆体供給部（Ｓ）は、前駆体を気化させて気相前駆体を形成し、前記気相前駆体を反応部（Ｒ）に排出する。したがって、前駆体供給部（Ｓ）内には、気相前駆体が流動することができる流路が形成されている。第１供給部６２０を通じて投入された前駆体が前駆体供給部（Ｓ）に投入されながら、気化されて気相前駆体が形成されうる。他の例として、前駆体供給部（Ｓ）内に別途の前駆体気化装置が配され、この場合、第１供給部６２０を通じて投入されたキャリアガスは、前駆体気化装置から気化された前駆体と混合され、混合ガスは、前駆体供給部（Ｓ）から排出されて反応部（Ｒ）に投入される。

【0078】

以下、本発明の技術思想による多様な形態の前駆体供給部について説明する。

【0079】

本発明の技術思想による前駆体供給部は、凝縮相の前駆体を気化させて気相前駆体を形成する気化部及び前記気化部で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される部分析出部を含む。この際、前記前駆体供給部の流路は、流体が前記気化部及び前記部分析出部を順に通過した後、前記反応部を排出されるように構成される。前記部分析出部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記気化部で形成された前記気相前駆体の蒸気圧よりも低く、前記反応部での前記前駆体の平衡蒸気圧は、前記部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体の蒸気圧以上であることを特徴とする。

【0080】

図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部７００の実施例を示したものである。

【0081】

図７Ａを参照すれば、前駆体供給部７００の流路は、流体が下方に流動する下方流路７１０、７３０及び流体が上方に流動する上方流路７２０を１つ以上含んで構成される。前記下方流路７１０、７３０及び前記上方流路７２０は、互いに隣接して並列に配される。

【0082】

具体的に、前駆体供給部７００の両側部から中央の中心軸方向に下方流路７１０、上方流路７２０及び下方流路７３０が順次に隣接して配される。下方流路７１０及び上方流路７２０は、中心軸を基準に互いに対称であり、下方流路７３０は、前駆体供給部７００の中央部に形成されて中心軸に沿って延びる構成を有する。

【0083】

前駆体供給部７００内の流路は、流体が前記気化部（Ｅ）及び前記部分析出部（Ｃ）を順に通過した後、前記反応部（Ｒ）に排出されるように構成される。流体の流れを図面に矢印で示した。

【0084】

前記気化部（Ｅ）は、下方流路７１０に投入される凝縮相の前駆体が気化される領域であって、熱源で加熱される下方流路７１０を含む。部分析出部（Ｃ）は、前記気化部（Ｅ）を含む下方流路７１０から繋がる上方流路７２０と、前記反応部（Ｒ）に繋がる下方流路７３０と、の間に配される。前記部分析出部（Ｃ）の温度は、気化部（Ｅ）の温度に比べてさらに低い温度に保持される。これは、前述したように、前駆体供給装置が配される反応チャンバ６１０の外周面に設けられた加熱部６４０の温度制御によって具現可能である。

【0085】

前記気化部（Ｅ）は、前駆体の気化温度以上に保持される。キャリアガスによって運ばれる凝縮相の前駆体（ＳＣ）、例えば、前駆体粉末が気化部（Ｅ）に投入されれば、気化されて気相前駆体になる。この際、投入される凝縮相の前駆体（ＳＣ）の量は、気化された後、その蒸気圧が部分析出部（Ｃ）での飽和蒸気圧よりも大きい程度に十分な量を投入しなければならない。これは、前述した条件１を満足させるための工程条件である。

【0086】

気相前駆体は、側面の上方流路７２０に沿って上方に流動して相対的に気化部（Ｅ）に比べて低い温度に保持される部分析出部（Ｃ）に到達する。この際、部分析出部（Ｃ）に到達した気相前駆体は、部分析出が起こりながら、気相前駆体の一部が凝縮相に析出される。析出された凝縮相は、上方流路７２０に沿って自重によって下降する。例えば、凝縮相が固相である場合、析出された固相の前球体は、粒子状であって、上方流路７２０に沿って自重によって下部に下降して底面に積層することができる。このように積もった粒子は、工程が完了した後、作業者によって除去される。

【0087】

部分析出部（Ｃ）を通過した気相前駆体は、下方流路７３０に沿って反応部（Ｒ）に排出されて反応ガスと反応して無機粉末を形成する。部分析出部（Ｃ）を通過しながら部分析出が起こった気相前駆体が反応部（Ｒ）に投入されることによって、気相前駆体が常に一定に供給される効果が具現可能である。

【0088】

図７Ｂは、気化部（Ｅ）を含む上方流路７１０が前駆体供給部（Ｓ）の中央部に位置し、中央部から両側部まで下方流路７１０、上方流路７２０及び下方流路７３０が順次に隣接して配されるという点を除き、作動の原理は、図７Ａに示されたものと同一なので、重複説明は省略する。

【0089】

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部７００の他の実施例である。

【0090】

図８Ａを参照すれば、気化部（Ｅ）は、熱源で加熱された下方流路７１０に沿って下方に移動する流体が通過する領域に配された前駆体気化装置（Ｍ）を含む。下向き流路７１０にキャリアガス（ＣＧ）が投入され、前駆体気化装置８１０から気化された気相前駆体は、キャリアガスと混合されて上方流路７２０を通じて部分析出部（Ｃ）に到達する。後続の過程は、既に前の実施例で説明したので、省略する。

【0091】

前駆体気化装置（Ｍ）は、粉末あるいはペレット状の前駆体、あるいは液相の前駆体が装入される坩堝形態を有しうる。前駆体気化装置（Ｍ）は、別途の装置を通じて消耗した量ほどリアルタイムで再び補充される。あるいは所定時間ほど使用した後、既定の量が消耗すれば、前駆体を満たし、再び使用するか、新たなものに取り替えて使用することができる。

【0092】

本発明の技術思想によれば、部分析出部を通じて反応に参加する気相前駆体を一定の蒸気圧で保持することができ、したがって、前駆体気化装置（Ｍ）に入れられる固相前駆体の形状の差あるいは粒子サイズの差などが存在するとしても、このような差によって反応部に供給される気相前駆体の量が不規則に変動する現象は最大限抑制される。

【0093】

図８Ｂは、前駆体気化装置が（Ｍ）が中央部の下方流路７１０に配されたものを除いては、図８Ａの前駆体供給部と作動原理が同一なので、これについての説明は省略する。

【0094】

図９Ａないし図９Ｃは、本発明の技術思想による下向き式前駆体供給部９００の他の実施例である。本実施例による前駆体供給部９００は、部分析出部（Ｃ）にクエンチングガス（ＱＣ）が投入されるクエンチングガス投入口９１０を含む。前記クエンチングガスは、部分析出部を冷却させる役割を行い、これにより、部分析出部の温度が低くなれば、部分析出部での前駆体の平衡蒸気圧が低くなって部分析出がさらに円滑になされるようにする。クエンチングガスは、不活性ガス、窒素ガスなどが使われる。

【0095】

図９Ａ及び図９Ｂを参照すれば、前記部分析出部（Ｃ）の上方に配されたクエンチングガス投入口９１０を通じてクエンチングガスが、前記部分析出部（Ｃ）に提供される。図９Ｃを参照すれば、前記部分析出部（Ｃ）の側方に配されたクエンチングガス投入口９１０を通じてクエンチングガスが、前記部分析出部（Ｃ）に提供される。投入されたクエンチングガスは、他のガスと共に反応部に移動する。

【0096】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部１０００の実施例を図示したものである。

【0097】

図１０Ａを参照すれば、上向き式前駆体供給部１０００の流路は、流体が上方に流動する上方流路１０１０、１０３０及び流体が下方に流動する下方流路１０２０を１つ以上含んで構成される。前記上方流路１０１０、１０３０及び前記下方流路１０２０は、互いに隣接して並列に配される。

【0098】

具体的に、前駆体供給部１０００の両側部から中央の中心軸方向に上方流路１０１０、下方流路１０２０及び上方流路１０３０が順次に隣接して配される。上方流路１０１０及び下方流路１０２０は、中心軸を基準に互いに対称であり、上方流路１０３０は、前駆体供給部１０００の中央部に形成されて中心軸に沿って延びる構成を有する。

【0099】

前駆体供給部１０００内の流路は、流体が気化部（Ｅ）及び部分析出部（Ｃ）を順に通過した後、反応部（Ｒ）に排出されるように構成される。流体の流れを図面に矢印で示した。

【0100】

前記気化部（Ｅ）は、熱源で加熱された上方流路１０１０に沿って上方に移動する流体が通過する領域に配された前駆体気化部（Ｍ）を含む。部分析出部（Ｃ）は、前記気化部（Ｅ）を含む上方流路１０１０から繋がる下方流路１０２０と、前記反応部（Ｒ）に繋がる上方流路１０３０と、の間に配される。前記部分析出部（Ｃ）の温度は、気化部（Ｅ）の温度に比べてさらに低い温度に保持される。上向き流路１０１０にキャリアガス（ＣＧ）が投入され、前駆体気化装置（Ｍ）から気化された気相前駆体は、キャリアガスと混合されて上方流路１０１０に沿って上昇した後、下方流路１０２０を通じて下降して部分析出部（Ｃ）に到達する。部分析出部（Ｃ）で部分析出が起こった気相前駆体は、上方流路１０３０に沿って上方に流動して反応部（Ｒ）に排出される。部分析出部（Ｃ）から析出された凝縮相の前駆体は、自重によって下降して部分析出部（Ｃ）の底部に積もる。今後、このように積もった凝縮相は、工程が完了した後、作業者によって除去される。

【0101】

図１０Ｂは、気化部（Ｅ）を含む上方流路１０１０が前駆体供給部１０００の中央部に位置し、中央部から両側部まで上方流路１０１０、下方流路１０２０及び上方流路１０３０が順次に隣接して配されるという点を除き、作動の原理は、図１０Ａに示されたものと同一なので、重複説明は省略する。

【0102】

図１１Ａないし図１１Ｃは、本発明の技術思想による上向き式前駆体供給部１１００の他の実施例である。本実施例による前駆体供給部１１００は、部分析出部（Ｃ）にクエンチングガス（ＱＣ）が投入されるクエンチングガス投入口１１１０を含む。

【0103】

図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すれば、前記部分析出部（Ｃ）の下方に配されたクエンチングガス投入口１１１０を通じてクエンチングガスが、前記部分析出部（Ｃ）に提供される。図１１Ｃを参照すれば、前記部分析出部（Ｃ）の側方に配されたクエンチングガス投入口１１１０を通じてクエンチングガスが、前記部分析出部（Ｃ）に提供される。

【0104】

図１２Ａないし図１２Ｃは、本発明の技術思想による水平式前駆体供給部１２００の実施例である。図１２Ａを参照すれば、気相前駆体が、前記部分析出部（Ｃ）から前記反応部（Ｒ）に排出される時、前記気相前駆体が上部に移動するように誘導する流体上昇誘導部材１２１０を含みうる。このような流体上昇誘導部材１２１０によって気相前駆体が部分析出部（Ｃ）で上昇して反応部（Ｒ）に排出される過程中に部分析出された凝縮相前駆体、例えば、粉末あるいは液滴形態の前駆体が自重によって下部に下降して部分析出部（Ｃ）の底部に積もる。したがって、このような凝縮相前駆体が反応部（Ｒ）に投入されることを最大限防止することができる。

【0105】

図１２Ａに示された実施例では、部分析出部（Ｃ）と反応部（Ｒ）との間に上部が開放された隔壁形態の流体上昇誘導部材１２１０が配される。図１２Ｂに示された実施例では、気化部（Ｅ）と部分析出部（Ｃ）との間に下部が開放された隔壁が配されて、部分析出部（Ｃ）に投入される気相前駆体が下部で投入されるように誘導する流体下降上昇部材１２２０をさらに含む。図１２Ｃは、水平式の変形された実施例であって、本実施例では、気化部（Ｅ）の直上に部分析出部（Ｃ）が存在し、気化部（Ｅ）から上昇して部分析出部（Ｃ）を通過した気相前駆体は、流体上昇誘導部材１２１０の上部開口部を通じて反応部（Ｒ）に投入される。

【0106】

実験例

【0107】

以下、本発明の理解を助けるために望ましい実験例を提示する。但し、下記の実験例は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明が、下記の実験例によって限定されるものではない。

【0108】

部分析出部の有無による無機粉末の特性を観察した。このために、図６に示されたような垂直型下向き式化学気相合成装置を利用した。発明例１の場合、前駆体供給部は、図９Ｂに示された扁平型を利用した。比較例１及び比較例２は、図６の装置のうち、前駆体供給部の代わりに、反応部に直接前駆体を供給する形態であることを除き、残りは発明例１と同じ装置を利用した。加熱部６４０を成すヒーター１ないしヒーター３の温度は、表２に示されている。本実験では、ニッケル粉末を製造し、前駆体としてはＮｉＣｌ_２が使われた。キャリアガス及び反応ガスは、それぞれ窒素ガス（Ｎ_２）及び水素ガス（Ｈ_２）が使われた。表２には、発明例と比較例とによるニッケル粉末の製造条件が示されている。

【0109】

【表2】

表３には、発明例と比較例とによるニッケル粉末の粒度分布と平均粒度とを分析する結果が示されている。粒度分布と平均粒度は、それぞれ幾何標準偏差（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ、ＧＳＤ）と中央直径値（Ｃｏｕｎｔ ｍｅｄｉａｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ、ＣＭＤ）とを通じて算出した。

【0110】

【表3】

図１３は、発明例１によるニッケル粉末をＳＥＭで観察した結果である。図１４及び図１５は、それぞれ比較例１及び比較例２によるニッケル粉末をＳＥＭで観察した結果である。

【0111】

図１３を参照すれば、発明例１によるニッケル粉末は、ＧＳＤが１．１９であり、ＣＭＤが１１２．９９ｎｍであって、狭い粒度分布を示し、球状のニッケル粉末のサイズが非常に均一であるということを確認することができる。

【0112】

一方、図１４を参照すれば、比較例１によるニッケル粉末は、ＧＳＤが１．３４であり、ＣＭＤが１０１．５１ｎｍであって、広い粒度分布を示し、粒子サイズが大きなニッケル粉末と小さなニッケル粉末とが混在されていることを確認することができる。これは、反応部に前駆体供給が一定に投入されなかった結果として理解される。

【0113】

一方、図１５を参照すれば、比較例２によるニッケル粉末は、ＧＳＤ及びＣＭＤ値を測定しにくい程度の形状を示した。前駆体であるＮｉＣｌ_２の完全揮発が起こらず、固相のＮｉＣｌ_２状態でＨ_２によって還元されたＮｉ粉末が観察された。比較例２の場合には、発明例１と比較する時、前駆体供給部の部材によって固相前駆体が完全に気化されるのに十分な滞在時間を確保することができなかった結果として理解される。

【0114】

前述した本発明の技術的思想が、前述した実施例及び添付図面に限定されず、本発明の技術的思想を外れない範囲内でさまざまな置換、変形及び変更が可能であるということは、当業者にとって明白である。

【符号の説明】

【0115】

６００：化学気相合成装置
６１０：反応チャンバ
６２０：第１供給部
６３０：第２供給部
６４０：加熱部
７００：前駆体供給部
７１０、７３０：下方流路
７２０：上方流路

【要約】

【課題】無機粉末の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、金属粉末の製造装置及びそれを用いた無機粉末の製造方法に係わるものである。本発明の一観点によれば、凝縮相の前駆体が気化されて気相前駆体が形成される気化部；気化部で形成された気相前駆体の一部が凝縮相に析出される部分析出部；及び部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体が反応ガスと反応して無機粉末を形成する反応部；を含む無機粉末の製造装置が提供される。本発明の技術思想によれば、部分析出部での気相前駆体の平衡蒸気圧は、気化部で形成された気相前駆体の蒸気圧よりも低く、反応部での前駆体の平衡蒸気圧は、部分析出部から一部が凝縮相に析出された気相前駆体の蒸気圧以上である。
【選択図】図６

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14】

【図15】