(57)【要約】【課題】従来直線状に供給されていたワイヤを螺旋状バネ構造にして供給してナノ粉末の生産量を数倍から数十倍まで増大させることのできる電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法を提供すること。【解決手段】ワイヤを螺旋状バネ構造に成形するステップと、前記成形されたワイヤを供給器に供給するステップと、前記供給器に供給されたワイヤをチャンバの内部に供給した後、ワイヤに高電圧を印加して前記ワイヤを電気的に爆発するステップと、前記前記ワイヤを電気的に爆発するステップにおいて前記ワイヤが爆発して生成されたナノ粉末を回収するステップと、を含むが、前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤは、０．４〜０．８ｍｍのピッチと、１０〜１３回の巻取数及び１〜２ｍｍの直径を有することを特徴とする電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法。【選択図】図１
2015101786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを螺旋状バネ構造に成形するステップと、
前記成形されたワイヤを供給器に供給するステップと、
前記供給器に供給されたワイヤをチャンバの内部に供給した後、ワイヤに高電圧を印加して前記ワイヤを電気的に爆発するステップと、
前記ワイヤを電気的に爆発するステップにおいて前記ワイヤが爆発して生成されたナノ粉末を回収するステップと、を含むが、
前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤは、０．４〜０．８ｍｍのピッチと、１０〜１３回の巻取数及び１〜２ｍｍの直径を有することを特徴とする電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法。
【請求項２】
ワイヤを供給器に供給するステップと、 
前記供給器に供給されたワイヤを螺旋状バネ構造に成形し、前記成形されたワイヤをチャンバの内部に供給した後、前記成形されたワイヤに高電圧を印加して前記ワイヤを電気的に爆発するステップと、
前記ワイヤを電気的に爆発するステップにおいて前記ワイヤが爆発して生成されたナノ粉末を回収するステップと、を含むが、
前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤは、０．４〜０．８ｍｍのピッチと、１０〜１３回の巻取数及び１〜２ｍｍの直径を有することを特徴とする電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法。
【請求項３】
前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤの端部は、クローズエンド、オープンエンド、タンジェントテールエンド及びピッグテールエンドのうちのいずれか一つの形状を呈することを特徴とする請求項１または２に記載の電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法に係り、さらに詳しくは、螺旋状バネ構造のワイヤを供給してナノ粉末の生産量を増大させることのできる電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、単一金属粉末を製造する方法としては、アトマイゼーション法（微粒子化法）、液状還元法、プラズマを用いる方法などが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、アトマイゼーション法では、ナノ寸法に粉末を製造することができず、約５０μｍの粉末を製造することができる。
【０００４】
液状還元法は、ナノ寸法にいくつかの貴金属のみを製造することができて通常の金属粉末には適用することができないという欠点がある。
【０００５】
プラズマを用いる方法は、生産性に比べて電力の消耗が多く、粉末の捕集を行う際に酸化を防ぐための別途の装置が必要であるという問題を有しているため、従来の方法ではナノ寸法の金属粉末を安定的に生産することができない。
【０００６】
上記の問題を解消すべく、「電気爆発法による金属ナノ粉末の製造方法及び装置」が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
前記従来の技術による電気爆発法による金属ナノ粉末の製造方法は、ワイヤ供給装置から反応器の内部にワイヤを供給するステップと、ワイヤ供給装置内の測定ローラを用いてワイヤの爆発長さを測定するステップと、ワイヤ爆発長さ測定信号を用いてスパークギャップの駆動信号を発生するステップと、駆動信号がスパークギャップの駆動電極に供給されるまで蓄電池を充電するステップと、スパークギャップの駆動信号により充電された蓄電池の高電圧がスパークギャップの高電圧電極と低電圧電極との間の絶縁体を貫通して反応器の高電圧電極に供給されるステップと、前記高電圧で反応器内に供給されたワイヤが爆発してナノ金属粉末を得るステップと、ナノ金属粉末を正確な酸素圧下で捕集するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
しかしながら、従来の技術による電気爆発法による金属ナノ粉末の製造方法及び装置では、生産された粉末を捕集する装置が多段のバッファシクロン、フィルタ及びホッパから構成されて複雑であるにも拘わらず、生産された粉末の歩留まりが５０〜６０％しかならないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０３９４３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は上述した問題を解消するために案出されたものであり、その目的は、従来直線状に供給されていたワイヤを螺旋状バネ構造にして供給してナノ粉末の生産量を数倍から数十倍まで増大させることのできる電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的及びその他の本発明の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、ワイヤを螺旋状バネ構造に成形するステップと、前記成形されたワイヤを供給器に供給するステップと、前記供給器に供給されたワイヤをチャンバの内部に供給した後、ワイヤに高電圧を印加して前記ワイヤを電気的に爆発するステップと、前記ワイヤを電気的に爆発するステップにおいて前記ワイヤが爆発して生成されたナノ粉末を回収するステップと、を含むが、前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤは、０．４〜０．８ｍｍのピッチと、１０〜１３回の巻取数及び１〜２ｍｍの直径を有することを特徴とする電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法を提供する。
【００１２】
上述した目的及びその他の本発明の目的を達成するために、本発明の他の実施形態によれば、ワイヤを供給器に供給するステップと、前記供給器に供給されたワイヤを螺旋状バネ構造に成形し、前記成形されたワイヤをチャンバの内部に供給した後、前記成形されたワイヤに高電圧を印加して前記ワイヤを電気的に爆発するステップと、前記ワイヤを電気的に爆発するステップにおいて前記ワイヤが爆発して生成されたナノ粉末を回収するステップと、を含むが、前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤは、０．４〜０．８ｍｍのピッチと、１０〜１３回の巻取数及び１〜２ｍｍの直径を有することを特徴とする電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法を提供する。
【００１３】
前記螺旋状バネ構造に成形されたワイヤの端部は、クローズエンド、オープンエンド、タンジェントテールエンド及びピッグテールエンドのうちのいずれか一つの形状を呈することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上述した構成を有する本発明によれば、従来直線状に供給されていたワイヤを螺旋状バネ構造にして供給してナノ粉末の生産量を数倍から数十倍まで増大させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下の図面は単に例示のために提供されるものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造装置の概略図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態によるワイヤの形状を示す図である。
【図５】図５は、バネの直径及びピッチの変化によるナノ粉末の生産量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法について詳細に説明する。図中、線の太さや構成要素の大きさなどは、説明の明瞭性及び便宜性のために拡大されている。
【００１８】
また、後述する用語は本発明における機能を考慮して定義した用語であり、これらは、ユーザー、運用者の意図または慣例によって異なる。よって、これらの用語に関する定義は、本明細書の全般に亘っての内容に基づいて下されるべきである。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程図であり、図２は、本発明の他の実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程図であり、図３は、本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造装置の概略図であり、図４は、本発明の一実施形態によるワイヤの形状を示す図である。図５は、バネの直径及びピッチの変化によるナノ粉末の生産量を示すグラフである。
【００２０】
図１から図４を参照すると、本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法は、成形ステップ（Ｓ１１０）と、供給ステップ（Ｓ１２０）と、電気爆発ステップ（Ｓ１３０）及び回収ステップ（Ｓ１４０）を含む。
【００２１】
ここで、本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造方法に用いられる装置１００は、図３に示すように、ワイヤ供給器１１０と、接地電極１２０ａ及び高電圧電極１２０ｂを有するチャンバ１２０と、ナノ粉末搬送ライン１３０と、バッファトラップ１４０と、サイクロン１５０及び網目状フィルタ１６０などを備える通常の装置であるため、該装置についての詳細な説明は省略する。
【００２２】
成形ステップ（Ｓ１１０）においては、ワイヤ１０を螺旋状バネ構造に成形し、このとき、螺旋状バネ構造に成形されたワイヤ１０のピッチは０．４〜０．８ｍｍであり、巻取数は１０〜１３であり、直径は１〜２ｍｍであることが好ましい。
【００２３】
また、螺旋状バネ構造に成形されたワイヤ１０の端部は、図４を参照すると、（ａ）クローズエンド、（ｂ）オープンエンド、（ｃ）タンジェントテールエンド及び（ｄ）ピッグテールエンドのうちのいずれか一つの形状を呈する。
【００２４】
供給ステップ（Ｓ１２０）においては、成形ステップ（Ｓ１１０）において螺旋状バネ構造に成形されたワイヤ１０をワイヤ供給器１１０に供給する。
【００２５】
電気爆発ステップ（Ｓ１３０）においては、ワイヤ供給器１１０に供給されたワイヤ１０をチャンバの内部に供給した後、ワイヤ１０に高電圧を印加して電気爆発してナノ粉末を生成する。
【００２６】
ここで、ワイヤ１０の材質が銅（Ｃｕ）である場合、必要とされるエネルギー及び電圧は、下記式により求められる。
【００２７】
このとき、ワイヤ１０の直径ｄ及び長さｌは０．４ｍｍ、８０ｍｍであり、銅（Ｃｕ）の昇華エネルギーＷｓは４７．８Ｊ／ｍｍ３である。
【００２８】
【数１】
2015101786.tif 000003
Ｗｓ：注入される単位体積当たりのワイヤの昇華エネルギー（Ｊ）
ｗｓ：材料固有の昇華エネルギー（Ｊ／ｍｍ３）
ｄ：ワイヤ直径（ｍｍ）、
ｌ：ワイヤの長さ（ｍｍ）
【００２９】
上記式に実際の条件を記入して計算すれば、
【数２】
2015101786.tif 000004
となる。
【００３０】
すなわち、４８０．５Ｊに見合うエネルギーをワイヤに注入すれば、当該長さに見合う分のワイヤを昇華させることができる。しかしながら、電気爆発法を用いて本来の目的であるナノ粉末を製造するためには、ワイヤに注入されるエネルギーを増大させる必要があるが、その増大度を表わす値が必要である。このため、「Ｋ」値という因子を導入すれば、Ｗｓ及びＫは、下記の関係を有する。
【００３１】
ここで、Ｋは、ワイヤ材質の過熱または焼過因子として定義される。
【００３２】
【数３】
2015101786.tif 000005
Ｗ：１回爆発時にパルス電源部からワイヤに注入されるエネルギー（Ｊ）
【００３３】
Ｋ値を数学的に表現すれば、上記数式３によりパルス電源部からワイヤに注入されるエネルギーとワイヤの昇華エネルギーとの割合となる。もし、「Ｋ」値が「１」であれば、パルス電源部からワイヤに注入されたエネルギーが単にワイヤの昇華の目的にしか用いられていないことを意味する。しかしながら、電気爆発法の本来の目的はナノ粉末を製造することであるため、Ｋ値が１よりも大きくなれば、ナノ寸法の粉末が形成しやすい。実験的に、Ｋ値が「２」以上になれば、１００ｎｍ級のナノ粉末が製造可能であるため、上記の数式３は、下記の数式４で表わされる。
【００３４】
【数４】
2015101786.tif 000006
【００３５】
したがって、Ｋ値が２であるとき（Ｋ＝２）にパルス電源部からワイヤに注入されるエネルギーは、９６１．０Ｊとなる。一方、このエネルギーが回路及びケーブルを介してワイヤに実際に注入されるときに約１５％の損失が発生するが、これを考慮に入れて、過剰のエネルギーを注入しなければならない。この値をＵで表わせば、下記の数式５の通りである。
【００３６】
【数５】
2015101786.tif 000007
Ｕ：損失を考慮したパルス電源部のエネルギー（Ｊ）
η：回路及び高電圧ケーブルの効率（８５％）
【００３７】
Ｗは、９６１．０Ｊであるため、
【数６】
2015101786.tif 000008
となる。
【００３８】
上記の１１３０．６Ｊに見合うエネルギーを注入するために必要とされる電圧（Ｖ）は、下記の数式７により計算される。
【００３９】
【数７】
2015101786.tif 000009
Ｖ：注入されるエネルギーを印加するための電圧（ｋＶ）
Ｃ：コンデンサーの容量（μＦ）
【００４０】
上記の数式７を用いて必要とされる電圧を求めれば、下記の通りである。
【数８】
2015101786.tif 000010
【００４１】
最終的に、直径が０．４ｍｍであり、長さが８０ｍｍである銅（Ｃｕ）製のワイヤをＫ値が２であるという条件下でナノ粉末を製造するために必要とされる電圧は、１９．４ｋＶとなる。
【００４２】
上記の数式により求められた電圧を用いた、ワイヤ１０の単位体積当たりのバネの直径及びピッチの変化によるナノ粉末の生産量を図５に示す。
【００４３】
図５に示すように、本発明によるナノ粉末の生産量はバネの直径が大きくなるにつれて増大され、バネのピッチが増大すれば生産量が低減されるということが分かる。
【００４４】
すなわち、たとえワイヤの直径が同じであっても、バネの直径及びピッチを調節することにより、ナノ粉末の生産量を従来に比べて数倍から数十倍まで簡単に増大させることができる。
【００４５】
回収ステップ（Ｓ１４０）においては、電気爆発ステップ（Ｓ１３０）において生成されたナノ粉末を回収する。
【００４６】
一方、図２は、本発明の他の実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程図である。図２に示す本発明の他の実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程は、供給ステップ（Ｓ２１０）においてワイヤ１０をワイヤ供給器１１０に供給し、ワイヤ供給器１１０においてワイヤ１０を螺旋状バネ構造に成形した後にチャンバ１２０の内部に供給する以外は、図１に示す本発明の一実施形態による電気爆発法を用いたナノ粉末の製造工程と同様であるため、これについての重複する説明は省略する。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して説明したが、当該技術分野における当業者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で本発明を種々に修正及び変更することができるということが理解できる筈である。
【００４８】
以上の説明は本発明の技術的な思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲において種々の修正及び変形が可能である。
【００４９】
よって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、単に説明するためのものであり、これらの実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されることはない。本発明の保護範囲は、下記の請求範囲によって解釈さるべきであり、それと同じ範囲内にあるあらゆる技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈さるべきである。
【符号の説明】
【００５０】
Ｓ１１０             成形ステップ
Ｓ１２０、 Ｓ２１０   供給ステップ 
Ｓ１３０、 Ｓ２２０   電気爆発ステップ
Ｓ１４０、 Ｓ２３０   回収ステップ
１１０               ワイヤ供給器
１２０               チャンバ
１２０ａ             接地電極
１２０ｂ             高電圧電極
１３０               ナノ粉末搬送ライン
１４０               バッファトラップ
１５０               サイクロン
【図１】
2015101786.tif 000011
【図２】
2015101786.tif 000012
【図３】
2015101786.tif 000013
【図４】
2015101786.tif 000014
【図５】
2015101786.tif 000015