[go: up one dir, main page]

RU2356698C2 - Способ производства металлических порошков - Google Patents

Способ производства металлических порошков Download PDF

Info

Publication number
RU2356698C2
RU2356698C2 RU2007112100/02A RU2007112100A RU2356698C2 RU 2356698 C2 RU2356698 C2 RU 2356698C2 RU 2007112100/02 A RU2007112100/02 A RU 2007112100/02A RU 2007112100 A RU2007112100 A RU 2007112100A RU 2356698 C2 RU2356698 C2 RU 2356698C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
metal
process gas
particles
containing process
Prior art date
Application number
RU2007112100/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2007112100A (ru
Inventor
Кеннет Старк КОЛИ (CA)
Кеннет Старк КОЛИ
Армен МАРКАРЯН (CA)
Армен МАРКАРЯН
Шади САБЕРИ (CA)
Шади САБЕРИ
Рэнди ШОБЕЛ (CA)
Рэнди ШОБЕЛ
Ринальдо А. СТЕФАН (CA)
Ринальдо А. СТЕФАН
Ллойд Мэтт ТИМБЕРГ (CA)
Ллойд Мэтт ТИМБЕРГ
Эрик Бэйн ВАСМУНД (CA)
Эрик Бэйн ВАСМУНД
Original Assignee
Сврд Инко Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сврд Инко Лимитед filed Critical Сврд Инко Лимитед
Publication of RU2007112100A publication Critical patent/RU2007112100A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2356698C2 publication Critical patent/RU2356698C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/30Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis
    • B22F9/305Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis of metal carbonyls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/28Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from gaseous metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/20Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes from metal carbonyls

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу производства сверхмелких сферических металлических порошков методом химического осаждения из газовой фазы и разложения и может найти применение в производстве миниатюризированных деталей и сборочных узлов. Используют вертикально ориентированный реактор, содержащий верхнюю и нижнюю части. Ввод металлосодержащего технологического газа осуществляют в нижнюю часть реактора. Происходит продвижение металлосодержащего технологического газа в реакторе в восходящем направлении, инициирование разложения металлосодержащего технологического газа внутри реактора, создание условий для образования частиц металла из технологического газа и выдавливание частиц из верхней части реактора. При использовании восходящего потока газа достигается более точное приближение профилей скоростей к теоретическому «поршневому течению» и таким образом создается требуемое более «узкое» распределение частиц по размеру, исключая или уменьшая необходимость в последующей сортировке. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к металлическим порошкам и в большей степени к способу производства сверхмелких сферических металлических порошков.
Уровень техники
Так как электронные устройства неумолимо уменьшаются в размерах, существует постоянная необходимость в миниатюризации их отдельных деталей и сборочных узлов.
В частности, существует общая потребность в металлических порошках, состоящих из неагломерированных сферических частиц меньше 1 микрона (микрометра) в диаметре.
Эти порошки входят в состав красок, которые могут наноситься в качестве исключительно тонких электродов с толщиной наплавления 1-10 микрон (мкм) для многослойных керамических конденсаторов («MLCC»). Ультрамелкие металлические порошки также используются в металлизирующих пастах и для другого применения.
Ведущей промышленной технологией для изготовления ультрамелких сферических металлических частиц является процесс химического осаждения из паровой (газовой) фазы («CVD»). В этой реакции металлосодержащий пар преобразуется в аэрозольные металлические частицы посредством химической реакции, запускаемой в условиях высокой температуры. Примеры технологического процесса с использованием NiCl2 в качестве исходного реагента можно найти в патенте США 5853451 (Ishikova); в патенте США 6235077 B1 (Kogohaski) и др.; в патенте США 6391084 B1 (Ito) и др.
В первом патенте раскрывается горизонтальный химический реактор, тогда как в последних двух патентах раскрываются вертикальные химические реакторы с нисходящим потоком.
В других реакциях (CVD) химического осаждения из газовой фазы используются металлы карбонильной группы, такие как карбонил никеля (Ni(CO)4), карбонильное железо (Fe(CO)5) и т.д. Характерные процессы можно найти в патенте США 1836732 (Schlecht) и др.; в патенте США 2663630 (Schlecht) и др.; в патенте США 2851347 (Schlecht) и др. В патентах раскрываются вертикальные реакторы химического разложения.
Аналогично, исходным реагентом может быть аэрозоль раствора, содержащего растворенный металл, или металлическая композиция, которая разлагается при высокой температуре с образованием металлических частиц. Для этого процесса химического осаждения из газовой фазы, называемого пиролизом пульверизованного слоя, обычно используют аэрозольные трубчатые реакторы с горячими стенками.
Применение присадок для управления морфологией металлических порошков, произведенных химическим осаждением (CVD) из газовой фазы, имеет многолетнюю историю. Патент США 3367768 (West) и др. раскрывает добавление аммиака в реактор химического разложения. Патент США 3702761 (Llewelyn) представляет ввод разновидности оксида азота для ускорения процесса. Патент США 4673430 (Pfeil) предлагает применять в качестве присадки серу и серосодержащие соединения для производства мелких сферических никелевых порошков. Эти вышеупомянутые ссылки относятся к процессу с применением карбонилов. Патент США 6402803 В1 (Katayama), как и другие патенты, аналогичным образом раскрывает серосодержащие частицы, которые производятся при обычном восстановительном процессе NiCl2.
Известны многочисленные присадки для управления размерами, формой и кристаллической структурой получаемых в результате порошков. Однако эти присадки не устраняют и не решают проблемы, связанные с агломерацией. Частицы, которые стремятся группироваться вместе, даже в микроскопическом масштабе, являются опасными для электронных компонентов, так как скопления могут стать причиной короткого замыкания и других проблем.
Несмотря на успехи в производстве порошков одним из давнишних недостатков процессов (CVD) химического осаждения из газовой фазы при производстве металлических порошков является то, что гранулометрический состав образовавшихся частиц является весьма неравномерным. Это происходит потому, что время пребывания частиц в реакторе является функцией поля течения газа-носителя. Если поле течения не будет абсолютно равномерным с профилем скоростей так называемого «поршневого течения», то образованные в разных частях реактора частицы будут создаваться под воздействием различных условий режима температуры, концентрации и времени. Как результат, процессы химического осаждения (CVD) из газовой фазы находятся в невыгодном положении для образования частиц с очень узким диапазоном распределения частиц по размеру. Для того чтобы попытаться решить этот вопрос, в промышленности было разработано множество способов для сортирования порошков, произведенных с помощью процессов химического осаждения (CVD) из газовой фазы, причем таких, которые будут более подходящими для многослойных керамических конденсаторов («MLCC») и других устройств, путем уменьшения гранулометрического состава. Способы сортирования, такие как гидроциклонирование, пневмосортировка и центрифугирование, предлагаются в различных патентах, таких как патент США 6494931 B1 (Mukuno и др.) и патент США 6454830 B1 (Ito и др.), для производства порошков методом CVD, причем имеющих требуемый размерный профиль. Патент США 6454830 является наиболее близким аналогом изобретения. Недостатки этих методов в том, что дополнительные операции производственного процесса приводят к существенному повышению общей стоимости производства.
Реакторы цилиндрического типа с нагреваемыми стенками (известные также как реакторы химического разложения) применялись более чем 70 лет для производства мелких порошков путем разложения паров карбонила никеля и карбонильного железа. В стандартной конфигурации пары карбонила металла поступают с потоком инертного газа в верхнюю часть реактора через сопло. Химический реактор обычно имеет соотношение длины и диаметра приблизительно 5:1 и нагревается прохождением тепла через стенки. Карбонил металла разлагается во внутреннем пространстве загруженного реактора, и образующийся в результате этого аэрозоль транспортируется вниз по реактору и попадает в порошковый уплотнитель. Одна из особенностей подачи газа через верхнюю часть реактора состоит в том, что осаждение частиц в уплотнителе осуществляется под действием силы тяжести. К сожалению, поле течения, возникающее в результате такой конфигурации, не является равномерным, и поэтому оно также не является оптимальным для производства металлических частиц требуемого «узкого» гранулометрического состава.
Изобретатели настоящего изобретения определили, что распределение по размеру частиц никеля, образованных в результате реакции химического осаждения Ni(CO)4 из газовой фазы в трубчатом реакторе типа с горячими стенками, может быть значительно сужено посредством создания поля течения технологического газа так, чтобы профиль скоростей приближался к идеальной форме поршневого течения, при которой все части текучей среды или поток текучей среды движутся внутри реактора с одинаковой скоростью. В отличие от этого при существующей практике под воздействием силы тяжести вследствие пристенных граничных условий и температурных градиентов, при прочих факторах воздействия, профиль скоростей при полном развертывании является близким к параболической форме, при которой частицы в середине потока движутся более быстро, чем частицы вблизи стенок, приводя в результате к уширенному распределению по времени пребывания и, вследствие этого, к изменяемому распределению частиц по размеру.
Раскрытие изобретения
Предлагается технологический процесс на основе использования газа для производства сверхмелкого и неагломерированного металлического порошка из технологического газа в процессе химического осаждения из газовой фазы посредством ввода металлосодержащего технологического газа в нижнюю часть реактора вместо подачи этого газа через верхнюю или среднюю часть реактора.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 - поперечное сечение реактора известного уровня техники.
Фигура 2 - поперечное сечение варианта осуществления настоящего изобретения.
Фигура 3 - ряд профилей скоростей.
Фигура 4 - ряд профилей скоростей.
Фигура 5 - график распределений частиц по размерам.
Фигура 6 - график распределений частиц по размерам.
Фигура 7 - микрофотоснимок металлического порошка, изготовленного в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Фигура 1 представляет современную известную технику по использованию расположенного в основном вертикально реактора 10 с нисходящим потоком, содержащего вертикальную ось симметрии, как минимум, по существу перпендикулярно горизонтальному основанию 22. Исходные технологические газы процесса CVD вводятся в приемный патрубок 12, расположенный в верхней части 14 реактора 10, и направляются книзу по нисходящей линии. Реактор нагревается с помощью катушек 18, и образующиеся в результате этого металлические частицы выходят из выпускного патрубка 16 в нижней части 20 реактора 10. Обычные средства управления, устройства защиты, измерительные приборы, каналы и т.д. не показаны здесь с целью упрощения.
Термины «верхний», «нижний», «верхняя часть», «нижняя часть», «вертикальный» и «горизонтальный» являются произвольно выбранными условными обозначениями, используемыми для ориентирования различных составных частей. Прилагательное «приблизительно», употребленное перед каким-либо рядом величин, будет также толковаться как применяемое к каждой величине в ряде, если это не определено иным образом. «Ультрамелкий», «сверхмелкий» и «мелкий» являются синонимами для частиц, имеющих диаметр приблизительно 1 микрон (мкм) и меньше.
В реакторе 10, показанном на Фигуре 1, обработка посредством разложения газообразного исходного реагента по существу происходит во внутренней трубке 24, окруженной нагревающими катушками 18. Исходные технологические газы процесса CVD поступают во впускной патрубок 12 и вводятся через сопло 26 с рубашкой водяного охлаждения.
Фигура 2 представляет вариант осуществления настоящего изобретения путем превращения обычного реактора в реактор 30 с восходящим потоком, содержащий вертикальную ось b симметрии, по меньшей мере, по существу перпендикулярную основанию 42, являющемуся по существу горизонтальным. Исходный технологический газ или газы, используемые в процессе CVD, вводятся в реактор 30 через входной патрубок 32, расположенный в нижней части 34 реактора 30. Газы для процесса CVD продвигаются вверх через реактор 30 за счет перепада давления, и при этом газы нагреваются с помощью катушек 38, вследствие чего частицы выводятся из выходного патрубка 36, находящегося в верхней части 40 реактора 30.
Реакции происходят в свободной от жидкости внутренней трубке 44, окруженной нагревательными катушками 38. Технологический газ или газы для процесса CVD поступают по входному патрубку 32 через сопло 46 с водным охлаждением.
Существуют две группы методов оценки 3-мерных профилей внутреннего потока в реакторе: а) физические модели и b) вычислительная гидродинамика. При использовании первого метода создается физическая модель системы, и по этой модели осуществляется измерение параметров потока. В качестве альтернативы, вычислительная гидродинамика («CFD») может использоваться при решении уравнений сохранения массы и энергии для большого трехмерного массива элементов. Вычислительная гидродинамика («CFD») имеет преимущество, потому что при проведении расчетов могут учитываться все факторы, включая температуру, химическое взаимодействие и состав газа.
Анализ методом вычислительной гидродинамики осуществлялся с использованием программного обеспечения CFX™ 4.4 (ANSYS Inc., Cannonsberg, Pennsylvania, USA) для геометрии реактора 10 и 30, показанной на Фигурах 1 и 2 (диаметр впускного сопла 12 равен 22 мм, диаметр внутренней трубки 24 равен 45 мм, высота трубки равна 250 мм). Упомянутый метод исследований был применен для динамической модели потока, обозначенной как вариант «Case А». Вариант «Case А» предусматривает, что подаваемый газ со скоростью потока приблизительно 18 л/мин (стандартных литров в минуту) состоит приблизительно из 2 объемных процентов Ni(CO)4 и приблизительно 400 м.д. (миллионных долей) NH3 в балансе СО при средней температуре внешней стенки реактора 10 приблизительно 620°С. При первом варианте моделирования подаваемый газ вводился через верхнюю часть реактора 10, который имел обычную конфигурацию. Геометрия реактора 10 показана в Фигуре 1, и далее она будет называться «конфигурация с нисходящим потоком». При втором варианте моделирования использовались идентичные условия потока и температуры за исключением того, что подаваемый газ вводился через впускной патрубок 32 в нижней части реактора 30. Геометрия реактора 30 показана на Фигуре 2, и она будет называться «конфигурация с восходящим потоком». В обоих случаях внутренние впуски 12 и 32 расширяются до 22 мм.
Результирующие профили скоростей для каждого варианта моделирования, то есть варианта «Case А» с нисходящим потоком и варианта «Case А» с восходящим потоком, показаны на Фигурах 3 и 4 соответственно. Каждое измерение осуществлялось от верхней и нижней частей впускных патрубков 12 и 32 соответственно. По этим профилям можно видеть, что эффекты начального ввода газа в обоих вариантах приводят к неравномерному профилю скоростей (см. Фигура 3 (а) и Фигура 4 (а)). Однако в варианте «Case А» с моделью восходящего потока профиль скоростей начинает стремиться к предпочтительно идеальной форме поршневого течения (Фигуры 4b-4е), тогда как в варианте «Case А» с нисходящим потоком сохраняется успокаивающийся параболический профиль (Фигуры 3b-с). Как отмечалось раньше, изобретателями выдвигалась гипотеза, что порошки, полученные методом химического осаждения в газовой фазе, образованные в поле «поршневого» течения будут иметь более узкое распределение по размеру, делая их более предпочтительными порошками для использования в многослойных керамических конденсаторах («MLCC») и для другого применения.
На экспериментальном химическом реакторе были проведены три испытания варианта «Case А» моделирования потока. Испытание 021212 проводилось в конфигурации с нисходящим потоком, а испытания 030522 и 030915 проводились в конфигурации с восходящим потоком. Полученный в результате каждого проведенного эксперимента порошок подвергался анализу относительно распределения частиц по размеру (PSD) с помощью рассеяния лазерного света (Malvern Mastersizer™2000); удельной поверхности («SSA»); размеру кристаллитов («Crys») посредством дифракции рентгеновских лучей («XRD»); а также подвергся химическому анализу. Эти результаты отображены в таблице 1. Объемное распределение частиц по размеру посредством рассеяния света в этих экспериментах отображено на Фигуре 5. Основное преимущество использования системы с восходящим потоком состоит в исключении правой стороны («крупнозернистой») распределения по размеру от приблизительно 5 до 16 микрон (мкм).
Таблица 1
Характеристики порошка
Экспе-
римент
Условия Удельная поверхность (м2/г)
[m2/g]
Массовое распределение частиц по размеру посредством рассеяния света лазера Malvern Malvern (мкм)
[microns]
Размер кристалла (нм)
[nm]
Общий химический анализ(массовый процент)
[mass %]
D10 D50 D90 D10 С О S
021212 вариант Case A нисходящий поток 2.87 0.70 1.54 3.78 15.82 73 0.12 0.53
030522 Case A восходящий поток 4.46 0.73 1.45 2.90 5.73 63 0.29 0.93
030915 Case A восходящий поток 5.99 0.66 1.26 2.41 4.50 46 0.28 1.35
030905 Case A восходящий поток с SO2 4.80 0.36 0.79 1.66 3.17 83 0.15 1.45 0.35
030606 Case В с 1600 м.д. (ppm) SO2 5.45 0.31 0.65 1.31 2.50 120 0.08 1.41 0.41
030611 Case В с 200 м.д. (ppm)
SO2
4.29 0.37 0.79 1.60 3.16 140 0.09 1.10 0.19
030702 Case В с 800 м.д. (ppm) SO2 4.17 0.36 0.72 1.37 2.50 120 0.11 1.31 0.32
030707 Case В с 400 м.д. (ppm)
SO2
4.46 0.36 0.72 1.36 2.48 140 0.06 1.24 0.29
030714 Case В с 1200 м.д. (ppm) SO2 4.62 0.35 0.76 1.54 2.76 94 0.08 1.84 0.41
В режиме ламинарного потока частицы текучей среды внутри реактора перемещаются вместе при минимальном количестве взаимодействий. Если профиль скоростей в реакторе не является равномерным, то каждая частица текучей среды будет иметь разное время пребывания и разную температурную кривую, и, вследствие этого, распределение частиц по размеру частиц будет более широким. Для оценки отклонения от условий поршневого течения могут применяться методы вычислительной гидродинамики (CFD), и, следовательно, это может показать, следует ли ожидать от данного проекта реактора улучшения по сужению распределения по размеру.
Для определения количественных показателей отклонения от условий поршневого течения может применяться индекс сравнения, чтобы определить разницу между двумя профилями потока, на основе минимизации изменения распределения по времени пребывания. Сводимая к минимуму величина является суммированием по радиусу отклонений между локальной скоростью и средней скоростью - то есть минимальное значение этого параметра соответствует условию, где профиль скоростей является плоским, и все элементы текучей среды в поле течения имеют равное время пребывания в реакторе. Каждое слагаемое из этой суммы должно быть взято с учетом (статистического) веса соответствующего массового потока. Исходя из принципа непрерывности массовый поток пропорционален осевой скорости, умноженной на квадрат радиуса. Индекс сравнения, который должен быть сведен к минимуму, вычисляется по следующему уравнению:
Figure 00000001
Уравнение 1
где vi и ri являются осевой скоростью и радиусом трубки для i-го элемента суммирования. Если профиль скоростей симметричен относительно центра трубки, тогда суммирование может быть по половине диаметра трубки. Для двух профилей скоростей при всех прочих равных условиях характеристики поршневого течения будут самыми лучшими у профиля с наименьшей величиной данного индекса сравнения.
В таблице 2 показан этот индекс сравнения для варианта Case А в условиях восходящего и нисходящего потока, математически показывающий, как конфигурация с восходящим потоком создает более узкое распределение по времени пребывания, чем конфигурация с нисходящим потоком. Этот вывод сделан на основе сравнения экспериментальных результатов из экспериментов 021212 и 030522 и 030915, при этом эксперименты, проведенные в конфигурации с восходящим потоком, имеют меньше агломерированных частиц, при этом все прочие показатели являются эквивалентными.
Таблица 2
Значения индекса сравнения (уравнение 1) для профилей скоростей по вариантам Case А с нисходящим потоком и Case А с восходящим потоком
Расстояние по оси от впуска 12/34 Case А с нисходящим потоком Case А с восходящим потоком
5 см 3.12×10-5 2,25×10-5
10 см 1,29×10-5 4,28×10-6
15 см 1,51×10-5 7,05×10-6
20 см 1,74×10-5 9,13×10-6
25 см 1,88×10-5 9,84×10-6
Описанные выше эксперименты предназначены не для того, чтобы представить наименьший размер частиц, который можно достичь, а для того, чтобы подчеркнуть, что с помощью методов вычислительной гидродинамики расчеты поля течения в реакторе могут быть использованы для получения математического индекса сравнения, который может применяться для сравнения между двумя конструкциями, при этом все прочие показатели являются одинаковыми. В частности, было продемонстрировано, что этот критерий может применяться для установления того факта, что при эксплуатации традиционного, с измененным направлением (ввода газов), трубчатого реактора 30 химического осаждения из газовой фазы в конфигурации с восходящим потоком можно получать более узкое распределение частиц по размеру. Может быть продемонстрировано, что возможно получение частиц даже более мелкого размера при использовании SO2 вместо NH3. Эксперимент 030905 проводился в режиме условий варианта Case А с применением конфигурации восходящего потока, и при этом получена частица даже мельче, чем показано на Фигуре 6 и таблице 1. Уже хорошо известно по предыдущей работе компании Inco, проведенной в 1940-х годах, по патенту США 4673430 (Pfeil), что сера и серосодержащие легирующие примеси являются пригодными для уменьшения размера частицы. Нераскрытые серосодержащие газы также предлагались в патенте США 6402803 B1 (Katayama) и в др. Однако в патенте раскрыто, что сера применяется для управления за характерной формой кристаллизации частиц. В настоящем изобретении присутствие серы не имело явного влияния на морфологию частиц по сравнению с обычной присадкой, которой является NH3.
Эксперимент по варианту Case В проводился при следующих условиях: скорость подаваемого потока приблизительно 13 л/мин (стандартных литров в минуту) технологического газа, состоящего из приблизительно от 3,1 до 3,8 объемных процентов карбонила никеля с изменяющимися уровнями содержания SO2 в балансе СО со средней температурой внешней стенки приблизительно 620°С.
Расчет методами вычислительной гидродинамики (CFD) проводился по условиям варианта Case В. В таблице 3 показано, что выведенный ранее индекс сравнения также ниже при режиме восходящего потока и является показателем более узкого распределения по времени пребывания. Экспериментальные результаты по варианту Case В при конфигурации с восходящим потоком показаны в таблице 1. Применение SO2 осуществлялось в испытаниях с уровнями приблизительно от 200 до 1600 м.д. (ppm). Можно заметить, что распределение частиц по размеру оставалось почти одинаковым при всех экспериментах, показывая, что сочетание оптимизации поля течения и применения известных присадок может способствовать образованию очень мелких частиц с узким распределением по размеру. В рамках экспериментов, когда уровень SO2 в газе повышался, содержание серы в конечном продукте увеличивалось, доля углерода оставалась неизменной, размер кристаллитов незначительно уменьшался, содержание кислорода повышалось, а распределение по объему при d50 и d100 в обоих случаях уменьшалось. Доля SO2 может использоваться для того, чтобы заранее устанавливать точный набор характеристик, требуемых для конечного продукта. Уровень приблизительно 400 м.д. (ppm) SO2 обеспечивает вполне компромиссное решение, чтобы получить все эти характеристики, необходимые для многослойных керамических конденсаторов («MLCC»).
На Фигуре 7 показана микрофотография порошка в эксперименте, проводившемся при идентичных эксперименту 030707 условиях для демонстрации размера и формы частиц, образуемых при технологическом процессе с восходящим потоком.
Таблица 3
Значения индекса сравнения (уравнение 1) для профилей скоростей по вариантам Case В с нисходящим потоком и Case В с восходящим потоком.
Расстояние по оси от впуска 12/34 Case В с нисходящим потоком Case В с восходящим потоком
5 см 3,24×10-5 7,92×10-5
10 см 1,25×10-5 4,17×10-6
15 см 5,33×10-5 10,6×10-6
20 см 5,52×10-5 9,69×10-6
25 см 6,02×10-5 8,21×10-6
Настоящее изобретение может использоваться при любом технологическом процессе химического осаждения из газовой фазы вообще и с карбонилом металла в частности, таким как карбонил никеля, карбонильное железо, карбонил кобальта и т.д.
Как отмечалось ранее, в современных технологических процессах химического осаждения из газовой фазы с использованием вертикальных химических реакторов обычно подают технологические газы сверху. Путем ввода технологического газа или газов снизу реактора в результате применения технологии с восходящим потоком достигается более узкое распределение по времени пребывания и более плотное распределение по размеру.
Специалистами в области техники будет оценено, что настоящая технология позволяет быстро производить ультрамелкий сферический порошок, потому что металлосодержащий технологический газ продвигается вверх через реактор 30. Преимущественно, ось b симметрии предпочтительно расположена вертикально и перпендикулярно основанию или по существу перпендикулярно опорной поверхности 42, расположенной горизонтально. Однако на практике при промышленном производстве можно ожидать небольшие отклонения от нормальной конфигурации. Ключом к технологическому процессу является действие, приводящее в результате к образованию профиля скоростей поршневого течения потока, вверх в вертикальном направлении. Любой вертикально расположенный реактор 30 является приемлемым при условии, что он предоставляет, по меньшей мере, возможность течения технологического газа по существу в вертикальном направлении.
В соответствии с установленными положениями представлены проиллюстрированные и описанные здесь варианты осуществления изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что могут вноситься изменения в варианты изобретения, охватываемого формулой изобретения, и что определенные признаки могут иногда использоваться без соответствующего использования других признаков.

Claims (17)

1. Способ производства металлических порошков, включающий использование вертикально ориентированного реактора, содержащего верхнюю и нижнюю части, ввод металлосодержащего технологического газа в нижнюю часть реактора, продвижение металлосодержащего технологического газа в реакторе в восходящем направлении, инициирование разложения металлосодержащего технологического газа внутри реактора, создание условий для образования частиц металла из технологического газа и выдавливание частиц из верхней части реактора.
2. Способ по п.1, включающий создание условий для перемещения вверх металлосодержащего технологического газа внутри реактора с профилем скоростей «поршневого течения».
3. Способ по п.1, в котором используют нагреваемый реактор.
4. Способ по п.1, в котором металлические частицы образуются путем химического осаждения из газовой фазы.
5. Способ по п.1, в котором используют реактор, имеющий продольную вертикальную ось симметрии, по меньшей мере, перпендикулярную опоре реактора, являющейся, по существу, горизонтальной.
6. Способ по п.1, в котором металлосодержащий технологический газ для образования металлических частиц при его разложении выбирают из группы, состоящей из карбонила металла и хлорида никеля.
7. Способ по п.6, в котором карбонил металла выбирают из группы, состоящей из одного или больше следующих компонентов: карбонил никеля, карбонил железа и карбонил кобальта.
8. Способ по п.1, в котором в реактор вводят легирующую примесь, которую выбирают из группы, состоящей, по меньшей мере, из одного из следующих компонентов: сера, диоксид серы, аммиак.
9. Способ по п.1, в котором образуют частицы металла, являющиеся, по меньшей мере, сферическими и имеющие диаметры, равные одному микрону или меньше, чем приблизительно один микрон.
10. Способ по п.1, в котором используют трубчатый реактор.
11. Способ производства сверхмелких металлических порошков методом химического осаждения из газовой фазы, включающий ввод металлосодержащего технологического газа в нижнюю часть вертикально ориентированного реактора, перемещение металлосодержащего технологического газа через нагретый реактор по направлению вверх с обеспечением, по меньшей мере, приблизительно профиля скоростей «поршневого течения» и соответственно уменьшения периодов пребывания частиц внутри реактора, инициирование разложения металлосодержащего технологического газа внутри реактора, создание условий для образования частиц металла из технологического газа и вывод частиц из реактора.
12. Способ по п.11, в котором используют реактор с расположенным в нижней части впускным патрубком, через который вводят металлосодержащий технологический газ.
13. Способ по п.11, в котором металлические порошки выводят из верхней части реактора.
14. Способ по п.11, в котором в реактор вводят легирующую примесь, которую выбирают из группы, состоящей, по меньшей мере, из следующих компонентов: сера, диоксид серы, аммиак.
15. Способ по п.14, в котором диоксид серы вводят в реактор в количестве приблизительно от 200 до 1600 ppm.
16. Способ по п.11, в котором металлосодержащий технологический газ выбирают из группы, состоящей из одного или больше следующих компонентов: карбонил никеля, карбонил железа и карбонил кобальта.
17. Способ по п.11, в котором в качестве металлосодержащего технологического газа выбирают хлорид никеля.
RU2007112100/02A 2004-09-03 2005-04-18 Способ производства металлических порошков RU2356698C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/933,719 2004-09-03
US10/933,719 US7344584B2 (en) 2004-09-03 2004-09-03 Process for producing metal powders

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007112100A RU2007112100A (ru) 2008-10-10
RU2356698C2 true RU2356698C2 (ru) 2009-05-27

Family

ID=35994882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007112100/02A RU2356698C2 (ru) 2004-09-03 2005-04-18 Способ производства металлических порошков

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7344584B2 (ru)
JP (1) JP4932718B2 (ru)
KR (1) KR100879173B1 (ru)
CN (1) CN100591443C (ru)
CA (1) CA2578876C (ru)
GB (1) GB2431669B (ru)
RU (1) RU2356698C2 (ru)
WO (1) WO2006024135A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102910685A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 陕西兴化化学股份有限公司 羰基铁粉热解工艺列管式反应器
CN102717065A (zh) * 2012-06-05 2012-10-10 金川集团股份有限公司 一种制备镍包铝粉的方法
US9943909B2 (en) * 2014-06-20 2018-04-17 Shoei Chemical Inc. Carbon-coated metal powder, conductive paste containing carbon-coated metal powder and multilayer electronic component using same, and method for manufacturing carbon-coated metal powder
JP7193534B2 (ja) * 2018-06-28 2022-12-20 東邦チタニウム株式会社 ニッケル粉体とその製造方法
CN113579247B (zh) * 2021-08-17 2023-02-17 化学与精细化工广东省实验室潮州分中心 一种纳米镍粉的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146304C1 (ru) * 1994-11-16 2000-03-10 Б.Ф.Гудрич Компэни Устройство предварительного нагрева для печи инфильтрации и осаждения из газовой фазы, способ ввода газа-реагента в вышеназванную печь, фиксатор пористых структур и способ сборки фиксатора вместе с пористыми структурами
US6235077B1 (en) * 1998-02-20 2001-05-22 Toho Titanium Co., Ltd. Process for production of nickel powder
US6402803B1 (en) * 1997-09-05 2002-06-11 Kawatetsu Mining Co., Ltd. Ultrafine nickel powder
RU2185933C1 (ru) * 2001-02-26 2002-07-27 Сыркин Виталий Григорьевич Способ получения высокодисперсного порошка карбонильного железа
US6454830B1 (en) * 1999-08-31 2002-09-24 Toho Titanium Co., Ltd. Nickel powder for multilayer ceramic capacitors
RU2192504C1 (ru) * 2001-04-23 2002-11-10 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Устройство для нанесения защитных покрытий на малогабаритные изделия

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1836732A (en) 1929-03-05 1931-12-15 Ig Farbenindustrie Ag Production of finely divided metals
CA1198005A (en) 1946-04-04 1985-12-17 Leonard B. Pfeil Method for the production of nickel powder
US2851347A (en) 1949-10-21 1958-09-09 Basf Ag Manufacture of iron powder
US2663630A (en) 1949-11-04 1953-12-22 Basf Ag Production of metal powders
NL277617A (ru) * 1961-05-01
BE668506A (ru) 1964-08-19
GB1098522A (en) * 1965-01-07 1968-01-10 Vitaly Grigorievich Syrkin Method of manufacture of a high-dispersion carbonyl iron
GB1332901A (en) 1970-07-07 1973-10-10 Int Nickel Ltd Decomposition of metal carbonyls
JPS597765B2 (ja) * 1980-09-13 1984-02-21 昭宣 吉澤 微粉末金属の製造方法
JPS59170211A (ja) * 1983-03-14 1984-09-26 Toho Aen Kk 超微粉の製造方法
WO1984004334A1 (en) * 1983-04-29 1984-11-08 Hughes Aircraft Co Inverted positive vertical flow chemical vapor deposition reactor chamber
US4732110A (en) * 1983-04-29 1988-03-22 Hughes Aircraft Company Inverted positive vertical flow chemical vapor deposition reactor chamber
US4808216A (en) * 1987-04-25 1989-02-28 Mitsubishi Petrochemical Company Limited Process for producing ultrafine metal powder
JPS63270405A (ja) * 1987-04-25 1988-11-08 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 金属超微粉の製造法
JPS63312603A (ja) * 1987-06-16 1988-12-21 Akinobu Yoshizawa 磁性金属超微粉の製造方法
JPS6436706A (en) * 1987-07-31 1989-02-07 Nippon Kokan Kk Production of magnetized metal superfine powder
CA1304572C (en) * 1988-01-18 1992-07-07 Leonard George Wiseman System for coating particles employing a pneumatic transport reactor
US5064464A (en) * 1988-11-10 1991-11-12 Mitsubishi Petrochemical Company Limited Process for producing ultrafine metal particles
DE3940347C2 (de) * 1989-12-06 1997-02-20 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Eisenwhiskers
US5853451A (en) 1990-06-12 1998-12-29 Kawasaki Steel Corporation Ultrafine spherical nickel powder for use as an electrode of laminated ceramic capacitors
US6168752B1 (en) * 1996-12-02 2001-01-02 Toho Titanium Co., Ltd. Process for producing metal powders and apparatus for producing the same
WO2000067936A1 (en) 1998-05-06 2000-11-16 H.C. Starck, Inc. Metal powders produced by the reduction of the oxides with gaseous magnesium
US6391084B1 (en) 1998-07-27 2002-05-21 Toho Titanium Co., Ltd. Metal nickel powder
JP3807873B2 (ja) 1999-06-08 2006-08-09 東邦チタニウム株式会社 Ni超微粉の製造方法
JP2001098309A (ja) * 1999-09-28 2001-04-10 Tokyo Parts Ind Co Ltd 金属微粉末の製造方法及びその装置並びに金属微粉末
US6494931B1 (en) 1999-11-12 2002-12-17 Mitsui Mining And Smelting Co., Ltd. Nickel powder and conductive paste

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146304C1 (ru) * 1994-11-16 2000-03-10 Б.Ф.Гудрич Компэни Устройство предварительного нагрева для печи инфильтрации и осаждения из газовой фазы, способ ввода газа-реагента в вышеназванную печь, фиксатор пористых структур и способ сборки фиксатора вместе с пористыми структурами
US6402803B1 (en) * 1997-09-05 2002-06-11 Kawatetsu Mining Co., Ltd. Ultrafine nickel powder
US6235077B1 (en) * 1998-02-20 2001-05-22 Toho Titanium Co., Ltd. Process for production of nickel powder
US6454830B1 (en) * 1999-08-31 2002-09-24 Toho Titanium Co., Ltd. Nickel powder for multilayer ceramic capacitors
RU2185933C1 (ru) * 2001-02-26 2002-07-27 Сыркин Виталий Григорьевич Способ получения высокодисперсного порошка карбонильного железа
RU2192504C1 (ru) * 2001-04-23 2002-11-10 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Устройство для нанесения защитных покрытий на малогабаритные изделия

Also Published As

Publication number Publication date
CN100591443C (zh) 2010-02-24
JP4932718B2 (ja) 2012-05-16
JP2008511748A (ja) 2008-04-17
CA2578876A1 (en) 2006-03-09
GB2431669A (en) 2007-05-02
RU2007112100A (ru) 2008-10-10
CA2578876C (en) 2009-12-22
GB2431669B (en) 2010-06-09
US20060048606A1 (en) 2006-03-09
KR20070042563A (ko) 2007-04-23
US7344584B2 (en) 2008-03-18
GB0702884D0 (en) 2007-03-28
CN101022905A (zh) 2007-08-22
WO2006024135A1 (en) 2006-03-09
KR100879173B1 (ko) 2009-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0568863B1 (de) Feinteiliges Metallpulver
EP0568862B1 (de) Feinteiliges Metallpulver
EP0569765B1 (de) Vorrichtung zur Herstellung von feinteiliger Metall- und Keramikpulver
JP7144401B2 (ja) 反応性金属粉末空中熱処理プロセス
Baber et al. Synthesis of silver nanoparticles in a microfluidic coaxial flow reactor
Snellman et al. Continuous gas-phase synthesis of core–shell nanoparticles via surface segregation
RU2356698C2 (ru) Способ производства металлических порошков
EP0650791B1 (de) Feinteilige Metall-, Legierungs- und Metallverbindungspulver
DE4214724C2 (de) Feinteiliges Oxid-Keramikpulver
EP3455017B1 (de) Verfahren zum herstellen und kodieren von metallpulver
DE4214725C2 (de) Feinteilige Nichtoxid-Keramikpulver
Elihn et al. Size distributions and synthesis of nanoparticles by photolytic dissociation of ferrocene
CN116100041B (zh) 无机粉末的制造装置及其制造方法
US20080289447A1 (en) Process for producing metal powders
KR102572729B1 (ko) 무기분말의 제조장치 및 제조방법
KR102564634B1 (ko) 무기분말의 제조장치 및 제조방법
DE29821438U1 (de) Reaktor zur Durchführung von Reaktionen zwischen gasförmigen Reaktanden
US20230193459A1 (en) Apparatus for fluidized-bed chemical vapour deposition
Moniruzzaman et al. Analysis of iron particle growth in aerosol reactor by a discrete-sectional model
du Toit et al. Metallic Nanomaterials (Part A)
Omosebi Jet assisted fluidization of nanoparticle agglomerates

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160419