(57)【要約】【課題】粉体の表面改質処理を均質にかつ高速に行う粉体表面改質方法と装置を提供する。【解決手段】活性元素の窒素、酸素、水素、フッ素と塩素のうちから選ばれた１種以上の元素を含んで構成される分子のガス、あるいはそれらの分子が２種以上混合した混合体のガスに電子ビームガンから加速した電子２１を照射して解離・電離・励起することにより電子ビーム励起プラズマ２２を生成し、このプラズマを粉体２３に作用させて、プラズマに含まれる活性元素が関わる窒化、酸化、酸窒化、還元、水素化、フッ化、塩素化などの化学反応により粉体表面を改質する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素の窒素、酸素、水素、フッ素と塩素のうちから選ばれた１種以上の元素を含んで構成される分子を１種以上含有するガス、あるいは、不活性元素のアルゴンとヘリウムを加えたもののうちから選ばれた１種以上の元素を含んで構成される分子をさらに加えて混合したガスに、電子ビームガンから加速した電子を照射して解離・電離・励起することにより電子ビーム励起プラズマを生成し、該プラズマを粉体に作用させて含まれる活性元素の化学反応により該粉体の表面を改質することを特徴とする粉体表面改質方法。
【請求項２】
薄膜を形成する元素を含んで構成される分子のガスに電子ビームガンから加速した電子を照射して解離・電離・励起することにより電子ビーム励起プラズマを生成し、該プラズマを粉体に作用させることにより該粉体の表面に薄膜をコーティングすることを特徴とする粉体表面改質方法。
【請求項３】
前記粉体は前記プラズマが作用する間攪拌されることを特徴とする請求項１または２記載の粉体表面改質方法。
【請求項４】
前記粉体を収納する容器に負のバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の粉体表面改質方法。
【請求項５】
前記粉体は前記プラズマが作用する前または作用する間加熱されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の粉体表面改質方法。
【請求項６】
前記粉体は前記プラズマが作用する前に１００℃から１０００℃に加熱して乾燥や不純物除去されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の粉体表面改質方法。
【請求項７】
電子ビームを発生する電子ビームガンと、加速電極と、該電子ビームガンと該加速電極の間を真空に維持してプラズマを生成させる真空チャンバーと、該真空チャンバー内に設けられ粉体を収納する攪拌機構付き容器を備えて、対象粉体を前記容器に仕込んで攪拌し、ガスを前記真空チャンバーに導入して、前記電子ビームガンから前記加速電極に向けて加速された電子を前記真空チャンバー内のガスに照射して解離・電離・励起することにより電子ビーム励起プラズマを生成し、該プラズマを前記対象粉体に作用させることにより該対象粉体の表面を改質あるいは表面に薄膜をコーティングすることを特徴とする粉体表面改質装置。
【請求項８】
前記攪拌機構付き容器には直流電源あるいは高周波電源が接続されていて、負のバイアス電圧が印加できることを特徴とする請求項７記載の粉体表面改質装置。
【請求項９】
前記攪拌機構付き容器には、近接して加熱用ヒータが設置されることを特徴とする請求項７または８に記載の粉体表面改質装置。
【請求項１０】
前記攪拌機構付き容器が、前記電子ビーム励起プラズマの下に上向きに配置された皿型容器であって、容器自体が振動することによりまたは容器内の粉体に粉砕ボールを混入することによりまたは容器内にスクレーパを設置して該スクレーパが回転することにより収納した前記処理粉体を攪拌することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の粉体表面改質装置。
【請求項１１】
前記攪拌機構付き容器が、前記電子ビーム励起プラズマを囲むバレル型容器であって、該容器が回転または揺動することにより、または容器内の粉体に粉砕ボールを混入することにより、もしくはその両方により、収納した前記処理粉体を攪拌することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の粉体表面改質装置。
【請求項１２】
前記バレル型容器は、壁の一部が開口もしくは傾斜して収納した前記処理粉体が該容器から容易に排出できるようになっていることを特徴とする請求項１１記載の粉体表面改質装置。
【請求項１３】
前記バレル型容器が傾斜を持って取り付けられ、該容器の上向き開口には粉体を容器内に連続的に供給する粉体供給機構が配置され、該容器の底部には処理済みの粉体を該容器の外部に連続的に排出する粉体排出機構を備えて、表面改質処理を連続して行えるようにしたことを特徴とする請求項１１記載の粉体表面改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体の表面改質処理方法とそれに用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体を扱う様々な技術は微粒子工学として体系的に発展してきており、たとえば粉砕、分級、輸送、乾燥、造粒、攪拌、分散、表面改質などの要素技術は、磁気テープ、磁性流体、触媒、触媒担体、研磨材、顔料、塗料、コピートナー、医薬品、食品、その他、広範な分野の粉体製造に生かされてきた。近年、新しい機能を有する複合粉体やナノ粒子あるいはナノ高分子等が注目されてきており、核となる粒子の表面を変質したり様々な物質をコーティングすることにより複合化するナノレベルにおける粉体表面改質技術が必要となってきている。
【０００３】
従来の微粒子工学が準備する技術は、大気圧下あるいはせいぜいＴｏｒｒオーダーの圧力下での処理を前提としており、粉体に付着する水分や不純物の除去が十分に行えない。
したがって、ナノレベルの微粒子を取り扱う上で、付着した水分により微粒子が凝集するため、粒子ごとに確実に表面改質をすることが難しく、また付着水分や不純物のため、粉体表面全体をナノレベルで改質することや不純物混入の少ない高品質なコーティング膜を形成することが難しいという問題がある。
【０００４】
また、特許文献１には、大気圧プラズマを利用した粉体の表面処理方法で、希ガスもしくは希ガスと反応性ガスの混合ガスにより粉体を浮遊搬送させながら大気圧グロー放電により表面処理を行う方法が開示されている。
この開示方法は、従来法と同様大気圧下の処理であるため、粉体に付着している水分や不純物の除去が十分でない。また、グロー放電では高エネルギー電子が存在しにくく、ガスの解離効率が小さいため、高次の活性種や分解生成物が得にくい。たとえば、グロー放電における窒素の解離率は、１％程度と非常に小さい。また、メタンガスＣＨ４にグロー放電を作用させると、ＣＨ３イオン以外のＣＨ２イオン、ＣＨイオン、Ｃイオンなどのより高次の分解生成物は得にくい。
このように、上記開示方法では、表面改質に使えるガス種に制約があり改質反応も容易に進行しないので、高品質の製品となりにくいという欠点がある。
【０００５】
付着水分を確実に除去して高品質な表面改質粉体を得るためには、真空プロセスを用いることが要求される。
特許文献２には、真空チャンバー内に回転するバレル型容器を設置し容器内にスパッタリング源を設置して、スパッタリング法によって容器内の粉体にコーティングを施す微粉末被覆方法が開示されている。
また、特許文献３には、イオンプレーティング法を用いて、溶融蒸発源から供給される蒸気にプラズマガンからの放電プラズマ流を当ててイオン化し、これを粒状体の表面に上方から被着させて成膜することにより、半面被覆粒状体を製造する方法が開示されている。
しかし、スパッタリング法やイオンプレーティング法によるコーティングでは、スパッタ源や蒸発源から飛び出した粒子は方向性を持って粉体に付着するため均一なコーティングが難しく、また、スパッタリング法は一般にコーティング速度が小さく実用において処理コストの低減が図り難いという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２２８７３９号公報
【特許文献２】
特開平２−１５３０６８号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３６４７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、粉体の表面改質処理を均質にかつ高速に行う粉体表面改質方法と装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の粉体表面改質方法は、活性元素の窒素、酸素、水素、フッ素と塩素、および不活性元素のアルゴンとヘリウムのうちから選ばれた１種以上の元素を含んで構成される分子のガス、あるいはそれらの分子が２種以上混合した混合体のガスに電子ビームガンから加速した電子を照射して解離・電離・励起することにより電子ビーム励起プラズマを生成し、このプラズマを粉体に作用させて、プラズマに含まれる活性元素が関わる化学反応により粉体表面を改質することを特徴とする。
本発明の方法では、プラズマに含まれる活性元素が関わった、窒化、酸化、酸窒化、還元、水素化、フッ化、塩素化などのプラズマ反応を粉体表面で行わせることにより粉体の表面改質をする。
【０００９】
また、本発明第２の粉体表面改質方法は、粉体表面に形成しようとする薄膜の構成元素を含む分子のガスに電子ビームガンから電子ビーム励起プラズマを生成し、このプラズマを粉体に作用させることにより粉体表面に薄膜をコーティングすることを特徴とする。
本方法では、化学的気相成長法（ＣＶＤ）により粉体表面にセラミックス、半導体、金属、有機材料の薄膜を形成することができる。
【００１０】
上記第１および第２の発明において、電子ビーム励起プラズマは、電子ビームガンから放出され加速電極により加速された電子が真空チャンバー内のガスに衝突して形成されるもので、電子ビーム励起プラズマ装置については、たとえば本願出願人の所有する特許第２８７１６７５号や第２８６８１２０号などの明細書に詳しく開示されている。
電子ビーム励起プラズマでは、ガスの衝突断面積が最大になる約６０ｅＶから１００ｅＶのエネルギーに加速した電子ビームで生成させるため、ガスの励起・電離効率が優れており、低圧でも高密度のプラズマを発生させることができる。
【００１１】
たとえば窒素ガスで１０％程度の高い解離率を示し、また高次の活性種や分解生成物を発生させるので、表面改質反応を効率的に行うことができる。たとえばメタンガスからは、ＣＨ３イオン以外に、ＣＨ２イオン、ＣＨイオン、Ｃイオンなどの高次の分解生成物が得られる。
このように、様々な活性種が得られるので、大気圧下の平衡条件に従った反応では形成できない表面改質層も電子ビーム励起プラズマで形成する可能性があり、表面改質粉体の種類を豊富化することができる。
【００１２】
また、電子ビーム励起プラズマを生成させるときには、たとえば、１０−６Ｔｏｒｒ程度まで真空排気を行った後にプロセスガスを導入し電子を照射してプラズマ化する。
したがって、微粒子に付着した水分はほぼ完璧に除去される。また、表面改質処理の前に、酸素や水素のプラズマを用いた前処理を行うことにより、粉体に付着した不純物を効率的に除去することができる。
【００１３】
さらに、粉体に作用させるプラズマは表面全体に供給されるため、化学反応やコーティングなどの表面改質が表面に均質に行われる。
また、電子ビーム励起プラズマは高密度プラズマであり、表面改質反応は高速に進行し、高い処理効率を達成することができる。
さらに、電子ビーム励起プラズマは高密度プラズマ領域を大きくすることが容易で、粉体との反応場を大きくして生産性を向上させることができる。
【００１４】
なお、粉体はプラズマが作用する間、攪拌していることが好ましい。個々の粒子が表面を万遍なくプラズマにさらされ、均質な処理を受けるようにするためである。
また、粉体を収納する容器は負のバイアス電圧を印加することが好ましい。バイアス電位によりプラズマ中のイオンが加速され容器に収納された粉体に衝突することにより、反応を促進することができる。
なお、粉体はプラズマが作用する前に、あるいはプラズマが作用する間、加熱してもよい。とくに、粉体はプラズマが作用する前に１００℃から１０００℃に加熱することにより乾燥したり不純物を除去しておいてもよい。真空中で加熱することにより結晶水を含めて効率よく水分や不純物の除去ができる。水分や不純物の除去により、均質な反応や均質な膜の形成ができるばかりでなく、架橋凝集している粉体粒子同士を分離分散させて、より均質で高品質な表面改質処理を行うことができる。
【００１５】
また、上記課題を解決するため、本発明の粉体表面改質装置は、電子ビームを発生する電子ビームガンと、加速電極と、電子ビームガンと加速電極の間を真空に維持してプラズマを生成させる真空チャンバーと、真空チャンバー内に設けられ粉体を仕込む攪拌機構付き容器を備えて、処理対象粉体を容器に収納して攪拌し、ガスを真空チャンバーに導入し、電子ビームガンから加速した電子を真空チャンバー内のガスに照射して解離・電離・励起することにより電子ビーム励起プラズマを生成し、このプラズマを処理対象粉体に作用させて粉体の表面を改質することを特徴とする。
【００１６】
ガスは、活性元素の窒素、酸素、水素、フッ素、塩素などを含む分子の単独あるいは混合ガスであって、窒化、酸化、酸窒化、還元、水素化、フッ化、塩素化などのプラズマ反応を粉体表面に生じさせてもよい。なお、さらに、不活性元素のアルゴンやヘリウムを含んで構成される分子のガスを含む混合ガスであってもよい。
また、ガスに薄膜を形成する元素を含んで構成される分子のガスを選択することにより、粉体表面に、セラミックス、半導体、金属、有機材料を薄膜コーティングすることもできる。
【００１７】
攪拌機構付き容器には直流電源あるいは高周波電源が接続されて、負のバイアス電圧が印加できるようになっていてもよい。
また、攪拌機構付き容器には、近接して加熱用ヒータが設置されていてもよい。加熱用ヒータは、粉体に付着した水分や不純物を除去し、均質な反応や均質な膜の形成を高品質に行う機能を備える。
【００１８】
なお、攪拌機構付き容器は、電子ビーム励起プラズマの下に上向きに配置された皿型容器であって、容器自体が振動することにより、または容器内の粉体に粉砕ボールを混入することにより、または容器内にスクレーパを設置してスクレーパが回転することにより、収納した粉体を攪拌するようにしてもよい。電子ビーム励起プラズマをリング状電子放射型電子ビームガンを使用して生成させる場合は、リングの径を大きくすることにより高密度プラズマが形成される領域が広がるので、生産性が向上する。
【００１９】
また、攪拌機構付き容器が、電子ビーム励起プラズマを囲むバレル型容器であって、容器が回転または揺動することにより、あるいは容器内の粉体に粉砕ボールを混入することにより、あるいはこれらの両方の措置により、収納した処理対象粉体を攪拌するようにしてもよい。電子ビームガンと加速電極の間の距離を伸ばすことによりプラズマ反応領域を大きくして、生産性を向上させることができる。
なお、バレル型容器は、壁の一部が開口して収納した粉体を容器から容易に排出できるようになっていてもよい。開口する部分が下側に位置するところで回転や揺動を停止して、開口させて内容物を下に落とすことにより、バレル型容器の中に収納された粉体を簡単に回収することができる。
また、壁の一部が傾斜して、内容物を流し出すようにしてもよい。
【００２０】
さらに、バレル型容器が傾斜を持って取り付けられ、容器の上向き開口に粉体を容器内に連続的に供給する粉体供給機構が配置され、容器の底部には処理済みの粉体を容器の外部に連続的に排出する粉体排出機構を備えて、表面改質処理を連続して行えるようにしたことを特徴とする。容器に供給される処理対象粉体は容器内に所定時間滞在して表面改質処理され、製品となって容器の下側から回収される。
なお、容器に受けた粉体が簡単に流れ出して容器内の滞留時間が不足しないように、回転容器の壁には仕切板が設けられて、粉体が適当に滞留して十分な処理時間を確保するように構成する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、いくつかの実施例を用いて本発明の粉体表面改質方法と装置を詳細に説明する。
【００２２】
【実施例１】
図１は第１実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
本実施例の粉体表面改質装置１１は、真空チャンバー１２の側部に電子ビーム２１を導入する圧力勾配型電子ビームガン１３を設け、電子ビームガンに対向する位置に加速電極１４を設け、真空チャンバーの中に電子ビーム２１により励起されるプラズマ２２を囲うようにバレル型の粉体容器１５を設けたものである。
真空チャンバー１２にはガスを導入するノズルと、真空排気する真空配管ノズルが設けられている。
【００２３】
電子ビームガン１３には陰極１６と電子が通る穴を設けた放電電極１７を備え、またアルゴンなどの作動ガスを導入するノズルを備える。
また、陰極１６と放電電極１７の間に放電電源１８の出力電圧が印加され、放電電極１７と加速電極１４の間に加速電源１９の出力電圧が印加される。
粉体容器１５は、たとえば直径４００ｍｍ長さ４００ｍｍの円筒状のバレル型容器で、容器内に発生するプラズマ２２の中心付近を通る水平軸の周りを回転するようになっていて、収納した粉体２３が回転中に外にこぼれないように鍔２０が設けられている。
【００２４】
本実施例では、図の装置を用いて酸化チタン粉体の窒化処理を行った例を説明する。
バレル型粉体容器１５に酸化チタン粉体２３を約１ｋｇ仕込む。
電子ビームガン１３の作動ガスとしてアルゴンガスを導入し、電子ビームガン１３の陰極１６から放出した熱電子をトリガーとして放電空間にアルゴンの直流放電を起こし、真空チャンバー１２のノズルから窒素ガスとアルゴンガスを導入して圧力を３ｍＴｏｒｒとする。
【００２５】
次いで、放電電極１７と加速電極１４の間に加速電圧を印加することにより、電子ビーム２１を電子ビームガン１３の放電空間から真空チャンバー１２内に引き出し、バレル型容器１５の内部に紡錘状の電子ビーム励起プラズマ２２を生成させる。電子ビーム励起プラズマ２２は、中心軸がバレル型容器１５の回転軸とほぼ重なるようになる。
放電電源１８の示す放電電流は１０Ａ、加速電源１９の示す加速電圧は９０Ｖとした。バレル型容器１５を回転または揺動させて粉体２３を攪拌しながら６０分間継続して粉体の処理を行った。
【００２６】
処理後の酸化チタン粉体２３は、薄い黄色を呈し、表面窒化が行われていることが推定された。粉体表面の組成比および化学結合状態を調べるため、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）を実施し、ワイドスキャンスペクトルおよび主な元素のナロースキャンスペクトルを測定した。
ナロースキャンスペクトルから各元素の成分割合を求めたところ、窒素は約９ａｔｏｍｉｃ％検出された。図２は、横軸を結合エネルギーとし、縦軸にカウント数をとって、ＸＰＳ分析結果のうち窒素のピーク（Ｎ１ｓ）を示したものである。
【００２７】
図によれば、３９６ｅＶの位置にメインのピーク、３９８〜４０３ｅＶの範囲にメインピークよりかなり小さいブロードなピークが観察される。これらのピークは、３９６ｅＶがＴｉ−Ｎ、４００ｅＶがＣ−ＮとＮ−Ｈ、４０２ｅＶがＮ−Ｎと−ＮＯの結合に係るものとされる。したがって、窒素の大部分はチタンに結合していると見ることができる。
【００２８】
酸化チタンは化学的に安定しており、酸素を窒素に置換することは極めて難しいとされるが、本発明の電子ビーム励起プラズマ装置を使用した表面改質方法によれば、効率よくＴｉ−Ｎ結合に転換することができた。
なお、真空チャンバー内に形成されるプラズマの大きさは電子ビームガン１３と加速電極１４の距離や電子ビームの条件によって調整ができるので、粉体容器１５の容量や収納する粉体の量を適当な大きさに選択することができ、さらに生産性の向上が見込める。
【００２９】
図３と図４はそれぞれ、バレル型粉体容器１５から処理後の粉体を取り出す装置の例を説明する概念図である。図４（ａ）は側面断面図、図４（ｂ）は立面断面図である。
図３の装置は、粉体容器１５の壁の一部が一端を軸として持ち上がるダンパー２４を形成し、表面改質反応が終わり粉体容器１５の回転または揺動が停止すると、ダンパー２４の部分が下側に位置するようにする。すると、粉体容器１５内の粉体２３は全てダンパー２４の上に集まるので、ダンパー２４の奥側を持ち上げると、粉体２３は手前側の開口からこぼれ出るので、別の容器に受けて取り出すことができる。
【００３０】
また、図４の装置では、粉体容器１５の壁の一部に取出スリット２５を設け、取出スリット２５を開閉する蓋２６を備えている。
表面改質反応が終わり粉体容器１５の回転または揺動が停止すると、取出スリット２５の位置が下側に来るようにする。取出スリット２５が下側に来たところで蓋２６を開けると、粉体２３は取出スリット２５からこぼれ出るので、別の容器に受けて取り出す。
なお、粉体容器１５が揺動しかしない場合は、揺動中は取出スリット２５が上側にあって、処理が終了したときに取出スリット２５を下側に持ってきて内容物をこぼさせるようにしてもよい。この場合は、蓋を必要としない。
【００３１】
【実施例２】
図５は本発明の第２実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
本実施例の粉体表面改質装置３１は、真空チャンバー３２の上部面に電子ビーム４１を発生するリング状放射型電子ビームガン３３を設け、電子ビームガンの下に皿形粉体容器３５を設けたものである。電子ビームガン３３の放電カップ３７が真空チャンバー３２内に突出して設けられ、円筒状の放電カップ３７の側面に水平外方向に電子を放出する穴が多数あけられていて、放電カップを囲んで設けられたリング状の加速電極３４に向かって電子ビーム４１が加速される。
【００３２】
真空チャンバー３２にはガスを導入するノズルと、真空排気する真空配管ノズルが設けられていて、ガスに加速された電子ビーム４１が照射すると電子ビーム励起プラズマ４２が生成される。
皿形容器３５は粉体４３を入れるように垂直上方に向いていて、真空チャンバー３２の中で形成される電子ビーム励起プラズマ４２の下に粉体４３を保持するようになっている。皿形容器３５は超音波振動子を備えて、振動することにより収納された粉体４３を攪拌して常に新しい表面がプラズマ４２に接触するようになっている。
【００３３】
このようにリング状放射型電子ビームガン３３を利用した装置３１を用いて、第１実施例と同様に酸化チタン粉体の表面窒化処理を行った。
直径６００ｍｍの皿形容器３５に約１ｋｇの酸化チタン粉体を仕込み真空チャンバー３２を真空に引いて、電子ビームガン３３にアルゴンガスを導入し陰極３６から放出した熱電子をトリガーとして放電空間にアルゴンの直流放電を起こし、真空チャンバー３２に窒素ガスとアルゴンガスを導入して圧力を３ｍＴｏｒｒとした。放電カップ３７内にある放電電極とリング状加速電極３４の間に加速電圧を印加することにより、電子ビーム４１を放電カップ３７から真空チャンバー３２内に引き出し、皿形容器３５の上に円盤状の電子ビーム励起プラズマ４２を生成させた。
放電電流を１０Ａ、加速電圧を９０Ｖとして、皿形容器３５を振動させながら６０分間粉体の処理を行った。
【００３４】
処理後の酸化チタン粉体は、第１実施例の場合と同様に、薄い黄色を呈していることが確認できた。Ｘ線光電子分光分析を実施した結果、粉体表面における窒素含量は約７ａｔｏｍｉｃ％であった。また、窒素のピーク（Ｎ１ｓ）を観察した結果からも、３９６ｅＶの位置にメインのピークがあり、チタン窒素結合が多いことが確認できた。
なお、真空チャンバー内で生成する環状のプラズマの領域は比較的自由に拡径できるので、さらに生産性を向上させることができる。
【００３５】
【実施例３】
図６は本発明の第３実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
本実施例は、第１実施例の構成に加熱ヒータとバイアス電圧印加機構を加えたもので、その他に差異がない。そこで、図６には図１と同じ機能を有する構成に同じ参照番号を付して説明を省略するものとした。
本実施例の粉体表面改質装置５１は、真空チャンバー１２の中に回転軸を水平にして設けられたバレル型粉体容器１５の下方にランプヒータ５２を設けてある。また粉体容器１５には整合器５３を介してＲＦ電源５４を接続し、セルフバイアス印加を行うことができるようにした。
【００３６】
本実施例の粉体表面改質装置５１を用いて粉体の表面改質を行うときは、処理を行う前に、ランプヒータ５２により粉体容器１５内の粉体２３を加熱して乾燥することができる。粉体は乾燥することにより、付着している水分を除去し、架橋凝集している粉体を分散させて、より均質で高品質な表面改質処理を行うことができる。高温加熱することにより不純物や結晶水の除去も可能である。
また、特に結晶性の薄膜をコーティングするときは、処理中に粉体を加熱することにより結晶の成長を促進することができる。
不純物除去、結晶水除去あるいは結晶形成を考慮すると、加熱温度を１００℃から１０００℃の範囲で設定できるようにすることが好ましい。
【００３７】
ＲＦ電源５４を用いて粉体容器１５にバイアス電圧をかけると、表面改質処理前の粉体に適当なイオンを当てることによりクリーニングを行うことができる。粉体表面に薄膜をコーティングする場合には、バイアス電圧を印加することにより、粉体表面に高機能の薄膜を堆積させることができる。
また、適切なバイアス電圧を印加することにより、粉体表面における窒化、酸化、酸窒化、還元、水素化、塩素化などの化学反応の反応性を向上させることができる。
【００３８】
【実施例４】
図７は本発明の第４実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
本実施例の粉体表面改質装置６１は、表面改質工程を連続化した装置である。粉体表面改質装置６１は、図には省略した真空チャンバーの側部に電子ビーム７１を発生する圧力勾配型電子ビームガン６２を斜めの向きに設け、電子ビームガンに対向する位置に加速電極６３を設け、電子ビーム７１により励起されるプラズマ７２を囲んで回転するようにバレル型粉体容器６４を傾斜して設け、粉体容器６４の上向き開口に粉体供給ホッパ６５の排出ノズル６６が挿入されて粉体７３が粉体容器６４の端部に供給されるように配置され、さらに、粉体容器６４の下側端部からこぼれ出す粉体７３を受けるように粉体取出容器６７が設けられている。
【００３９】
粉体供給ホッパ６５には、壁にヒータ６８が設置されていて、粉体表面改質処理を受ける粉体容器６４に供給される前に粉体を加熱して乾燥や不純物除去をすることができる。
また、粉体容器６４の側壁には適当な間隔で邪魔板６９が設けられていて、粉体７３が傾斜している壁面を短時間で流れ下らないようにして粉体容器６４内で表面改質処理を受けるための滞留時間を確保している。邪魔板６９は流動化した粉体の流れを適当に阻害し攪拌効果を有するものであればよく、円環状の仕切板や多数並べた衝立状の板などであってもよい。
【００４０】
粉体供給ホッパ６５から乾燥した粉体７３が排出ノズル６６を通って粉体容器６４の中に供給されると、粉体７３は邪魔板６９を乗り越え乗り越え内壁面をゆっくりと流れ下る。この間に粉体容器６４内に生成されたガスの電子ビーム励起プラズマ７２の作用を受けて、表面改質処理が施され、最後に粉体容器６４の下側端部から粉体取出容器６７に落として貯留する。
このように、本実施例の粉体表面改質装置６１は、粉体に対して表面改質処理を連続的に行って回収することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の粉体表面改質方法および装置により、粉体の表面改質処理を均質にかつ高速に行い、新しい特質を備えた微粉体を経済的に生産して提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
【図２】第１実施例の装置で窒化処理を行ったときのＸ線光電子分光分析結果の一部を示す図面である。
【図３】第１実施例の粉体容器から粉体を取り出す装置に例を説明する図面である。
【図４】第１実施例の粉体容器から粉体を取り出す装置の別例を説明する図面である。
【図５】本発明の第２実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る粉体表面改質装置の概念図である。
【符号の説明】
１１  粉体表面改質装置
１２  真空チャンバー
１３  圧力勾配型電子ビームガン
１４  加速電極
１５  バレル型粉体容器
１６  陰極
１７  放電電極
１８  放電電源
１９  加速電源
２０  鍔
２１  電子ビーム
２２  電子ビーム励起プラズマ
２３  粉体
２４  ダンパー
２５  取出スリット
２６  蓋
３１  粉体表面改質装置
３２  真空チャンバー
３３  リング状放射型電子ビームガン
３４  リング状加速電極
３５  皿形粉体容器
３６  陰極
３７  放電カップ
４１  電子ビーム
４２  電子ビーム励起プラズマ
４３  粉体
４４  超音波振動子
５１  粉体表面改質装置
５２  ランプヒータ
５３  整合器
５４  ＲＦ電源
６１  粉体表面改質装置
６２  圧力勾配型電子ビームガン
６３  加速電極
６４  バレル型粉体容器
６５  粉体供給ホッパ
６６  排出ノズル
６７  粉体取出容器
６８  ヒータ
６９  邪魔板
７１  電子ビーム
７２  電子ビーム励起プラズマ
７３  粉体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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