氧化物粉末制造装置及其制造方法与流程

本发明涉及氧化物粉末制造装置及其制造方法，更具体而言涉及一种将固状的反应物质蒸发为液滴(droplet)状态，以制造凝聚性小且大小均匀的氧化物粉末的氧化物粉末制造装置。

背景技术：

一般而言，溅射法被认知为是制造薄膜的方法之一。溅射法是指，通过对溅射靶材进行溅射来在基板上形成薄膜的方法，该方法具有容易实现大面积化、能够有效率地制造出高性能的薄膜的优点。

并且，最近作为溅射方式还提出有向反应性气体实施溅射的反应性溅射法，或者在靶材的内面设置磁铁以促进薄膜形成的高速化的磁控溅射法等。

在这样的溅射法中使用的薄膜中，尤其是氧化铟-氧化锡(in2o3-sno2的复合氧化物，以下称为“ito”)膜的可视光透过性高且导电性高，因此作为透明导电膜广泛地使用为液晶显示装置或玻璃的防结露用发热膜、红外线反射膜等。

正因为如此，为了更加有效率地形成膜，积极展开有溅射条件或溅射装置等相关的研究。并且，这样的ito溅射中存在有从设置新的溅射靶材后到因初始电弧(异常放电)消失而可以制造产品为止的时间较短，以及在设置一次后能够使用何种程度期间(累算溅射时间：靶材寿命)的问题。

这样的ito溅射靶材通过按规定的比率混合氧化铟粉末及氧化锡粉末后，进行干式或湿式工艺来制造，为了获得高密度的ito烧结体，需要提供高分散性的氧化铟粉末和氧化锡粉末。

如上所述的制造氧化物粉末的方法中大部分采用的方式是，在水溶液状态下获取氢氧化物后，对其进行煅烧而获得氧化物粉末，或者，向水溶液内施加超声波来合成氢氧化物后，对其进行沉淀、清洗、煅烧的湿式合成工艺来制造。

但是，在如上所述的氧化物粉末制造方法中，对数nm～数十nm的中间化合物进行煅烧处理，以实现金属离子分离、氧化、结晶化的目的，因此，被激活的粒子间将形成基于扩散现象的瓶颈(neck)，从而增加粉末间的凝聚性并降低氧化物粉末的特性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种氧化物粉末制造装置，将固状的反应物质进行加热，以将氧化物蒸发为液滴状态后捕集氧化物粉末，从而能够以可与其它氧化物粉末实现界面比调节的大小制造氧化物粉末。

并且，本发明的目的在于提供一种氧化物粉末制造装置，通过加热反应物质后，注入氧气或者空气来氧化表面，然后将氧化物形成为液滴状态，然后利用压力差来捕集氧化物粉末，从而降低氧化物粉末的凝聚性(高分散性)。

为了实现如上所述的目的，本发明的实施例的氧化物粉末制造装置包括：反应器，用于加热固体状态的反应物质，以蒸发所述反应物质；送风机，用于向所述反应器内部供应氧气，以氧化所述反应物质；一个以上的捕集单元，利用压力差从被氧化的所述反应物质中蒸发的液滴状态的氧化物捕集氧化物粉末；移送管，配置于所述捕集单元和所述反应器之间，用于使液滴状态的所述氧化物移动；以及控制器，用于控制所述送风机、所述反应器、所述移送管以及所述捕集单元；所述反应器被划分为一个以上的区域，以使所述反应器的加热温度维持恒定，并且与各个所述区域对应地层积配置发热体。

为了实现如上所述的目的，本发明的实施例的氧化物粉末制造装置的制造方法包括：将反应物质利用高温进行加热后使其蒸发的步骤；在对所述反应物质进行加热以使其蒸发的时间段，通过注入氧气或空气来氧化所述反应物质的表面的步骤；被氧化的所述反应物质蒸发为液滴状态的氧化物并进行移送及加热的步骤；以及利用压力差将所述液滴状态的氧化物捕集为氧化物粉末的步骤；为了所述氧化而注入的氧气或空气的流速是1～100m/sec，用于蒸发所述反应物质的加热温度是1000～1600℃。

附图说明

图1是本发明的氧化物粉末制造装置的概略图。

图2至图4是示出配置于本发明的氧化物粉末制造装置的反应器的结构的图。

图5是示出配置于本发明的氧化物粉末制造装置的反应器的温度对应的氧化物粉末的特性的图。

图6是示出本发明的氧化物粉末制造装置中利用移送管来连接反应器和捕集单元的情形的图。

图7及图8是示出本发明的氧化物粉末制造装置的反应器的盖单元的图。

图9是示出本发明的氧化物粉末制造装置的捕集单元的连接结构的图。

图10及图11是示出由本发明的氧化物粉末制造装置制造的氧化物粉末的sem照片。

图12是示出本发明的氧化物粉末制造装置的与反应温度对应的氧化物粉末的大小的图。

图13是示出利用本发明的氧化物粉末制造装置制造氧化物粉末的步骤的流程图。

附图标记的说明

100：氧化物粉末制造装置110：反应器

120：捕集单元130：移送管

170：送风机180：控制器

具体实施方式

关于本发明将与附图一同进行详细的说明。

图1是本发明的氧化物粉末制造装置的图。

参照图1，本发明的氧化物粉末制造装置100包括：反应器110；一个以上的捕集单元120；移送管130。

所述反应器110执行对固状(固体)的反应物质进行加热，以将其蒸发为液滴状态的氧化物的作用。

所述捕集单元120准备一个以上，其执行捕集(collect)所述反应器110中生成的液滴状态的氧化物的作用。

此外，在所述反应器110和捕集单元120之间配置移送管130。所述移送管130也可以配置于各捕集单元之间，其将成为供液滴状态的氧化物移动的通道。

其中，所述一个以上的捕集单元120可以彼此串联连接，或者彼此并联连接。

详细而言，在所述反应器110的上部配置送风机170，所述送风机170通过对被加热的反应物质的表面进行氧化，以将氧化物蒸发为液滴状态。

所述捕集单元120包括：循环部120a，用于使通过所述移送管130供应的液滴状态的氧化物进行循环；以及捕集部120b，用于在所述循环部120a下侧捕集氧化物粉末。

此外，在所述循环部120a构成有提供动力以供液晶状态的氧化物进行循环的电机部140a，在所述循环部120a和捕集部120b之间可以还配置过滤器部140b。

并且，所述送风机170、反应器110、捕集单元120以及移送管130可以由控制器180进行控制。例如，可以由所述控制器180控制从所述送风机170吹送空气的流速/压力以及时间条件、所述反应器110的加热温度及压力条件、所述捕集单元120的循环部120a和捕集部120b动作、用于将所述液滴状态的氧化物移动到捕集单元120而所需的移送管130的温度条件等。

利用具有如上所述的结构的本发明的氧化物粉末制造装置100来制造氧化物粉末的方法如下。

其中，虽然假设为氧化物以氧化锡sno2为例进行说明，但是本发明并不限定于此。因此，氧化物也可以是氧化铟in2o3、氧化镓ga2o3，这些可以与制造氧化锡粉末的方式相同的方式以粉末形态进行捕集。

首先，当向所述反应器110供应反应物质时，所述控制器180进行所述反应器110的加热动作。

根据所述控制器180的输入信息，所述反应器110的加热温度可以是1000～1600℃范围。尤其是，本发明的氧化物粉末制造装置100中使用的反应器110被划分为多个区域(zone)并进行加热，能够在反应器110内部的全体区域中维持相同的加热温度。

当所述反应器110被加热时，反应器110内的反应物质从固体状态达到液滴状态。即，达到能够蒸发的状态。所述送风机170向反应器110内以1～100[m/sec]范围的流速供应空气或氧气。所述反应物质的表面在通过所述送风机170供应的氧气(或者空气)的作用下引起表面氧化，所述反应物质的表面氧化物将以液滴状态进行蒸发。

即，作为反应物质的固体状态的锡的表面变换为氧化锡sno2，液滴状态的氧化锡被蒸发之后向所述移送管130移动。

如上所述，被蒸发的氧化锡通过所述移送管130向配置于相邻处的捕集单元120移动。此外，在捕集单元120的循环部120a的作用下，液滴状态的氧化锡进行循环。即，液滴状态的氧化锡在循环部120a内进行循环/旋转。

所述循环部120a内循环的氧化锡在压力差的作用下，在下侧的捕集部120b被捕集为粉末形态。

在所述循环部120a中，利用所述电机部140a的动作来使液滴氧化物以气流形态进行循环。这样循环的氧化物利用所述循环部120a和捕集部120b之间配置的过滤器部140b被捕集到氧化铟粉末。

如上所述，根据本发明的氧化物粉末制造装置100，具有采用热蒸发气相法(thermalevaporatedvaporphasesynthesis)的特征，使得通过加热来蒸发反应物质，从而制造氧化物粉末。尤其是，利用本发明的氧化物粉末制造装置来制造的氧化物粉末的凝集现象低，根据所供应的氧气(或者空气)的流速，可以形成为具有20～300nm范围的大小。

尤其是，利用本发明的氧化物粉末制造方法来制造的氧化物粉末，其具有7～15㎡/g(bet)的表面积，因此，具有能够制造出溅射设备内不产生颗粒或污染源的高密度ito(indiumtinoxide)靶材的效果。

如上所述，根据本发明的氧化物粉末制造装置及其制造方法，通过加热固状的反应物质以将氧化物蒸发为液滴状态后，对氧化物粉末进行捕集，具有能够以可与其它氧化物粉末实现界面比调节的大小制造氧化物粉末的效果。

并且，根据本发明的氧化物粉末制造装置及其制造方法，通过加热反应物质后，注入氧气或者空气来氧化表面，然后将氧化物形成为液滴状态，然后利用压力差来捕集氧化物粉末，具有降低氧化物粉末的凝聚性(高分散性)的效果。

图2至图4是示出配置于本发明的氧化物粉末制造装置的反应器结构的图。

参照图2至图4，反应器110包括：框架201；第一侧壁耐火部202及第二侧壁耐火部203，沿着所述框架201内侧进行配置；多个发热体204，用于加热所述反应器110内部；上部耐火部207，配置于所述反应器110上部；下部耐火部208，配置于所述反应器110下部；温度传感器205，用于检测所述反应器110内部的温度；以及上板210，配置于所述上部耐火部207上方。

尤其是，在本发明的反应器110中，为使反应器内部的温度维持恒定，发热体204沿着上下方向层积配置。如图3及图4所示，在将所述反应器110的内部区域分离为三个区域的情况下，所述发热体204被配置为，第一区域、第二区域以及第三区域各个发热体204的边缘彼此交叉。由此，具有使所述反应器110内部的全体区域能够维持恒定的反应温度的效果。

并且，在本发明的氧化物粉末制造装置中使用的反应器110的内部层积配置第一及第二侧壁耐火部202、203，它们的材质可以是不与反应物质引起反应的陶瓷复合材料。

例如，所述第一侧壁耐火部202、第二侧壁耐火部203、上部耐火部207以及下部耐火部208可以形成为陶瓷复合材料。

尤其是，在所述第一侧壁耐火部202、第二侧壁耐火部203、上部耐火部207以及下部耐火部208的相对密度为70％以上，以防止反应物质被熔融而渗透的情况下，考虑到防止热冲击性破坏(破裂)以及耐热性等，可以采用al2o3或者莫来石、堇青石系的物质。

如图所示，所述上部耐火部207和下部耐火部208可以使用单一材料，所述上部耐火部207可以与所述第二侧壁耐火部203的上侧接触的方式进行组装，所述下部耐火部208配置于各所述第二侧壁耐火部203之间。

并且，所述发热体204可以配置于与所述反应器110的内部空间最接近的第二侧壁耐火部203内部。虽未图示，所述发热体204根据情况也可以插入配置于所述上部耐火部207和下部耐火部208。

所述反应器110由图1所述的控制器180控制反应温度。用于检测所述反应器110内部的温度的温度传感器205可以配置一个以上，根据情况，其可以分别配置于由发热体204的布置而被划分的第一至第三区域。

图5是示出配置于本发明的氧化物粉末制造装置的反应器的温度对应的氧化物粉末的特性的图。

参照图5，本发明的氧化物粉末制造装置中配置的反应器的内部反应条件可以是温度为1000～1600℃、从送风机170供应的氧气的流速为1～100[m/sec]。如图5所示，根据本发明的反应器中采用的温度和流速条件而制造的氧化物粉末具有20～300nm的大小和7～15m²/g(bet)的表面积。

图5所示的氧化物粉末通过使用激光散射粒子大小分布检测装置(laserparticlesizeanalyser，masterziser2000，malvernco.，uk)进行了检测，其将50重量％积蓄下的粒子大小(d50)举例为平均粒子大小。并且，bet(比表面积：m²/g)是使用betsurfacearea&poresizeanalyzer，tristarii，micromeriticsco.,usa进行了检测，其可以利用bet进行计算。

图6是示出本发明的氧化物粉末制造装置中利用移送管来连接反应器和捕集单元的情形的图。

参照图6，在本发明的氧化物粉末制造装置中，反应器110和捕集单元120利用移送管130相连接。所述移送管130用于将从所述反应器110蒸发的液滴状态的氧化物向所述捕集单元120移动。

如图所示，在所述反应器110的上侧配置盖单元300。所述盖单元300通过第一连接部305与所述移送管130相连接。所述第一连接部305起到捕集从所述反应器110吐出的液滴状态的氧化物后，将其以气流形态供应给所述移送管130的功能。

所述盖单元300用于获取高密度ito烧结体，其执行增加容积内的流速，据此来实现微细粉末的制造，并且缩短生产时间的作用。

另外，在本发明的氧化物粉末制造装置中，可以沿着所述移送管130外侧配置加热部230。在液滴状态的氧化物沿着所述移送管130移动时，所述加热部230能够防止氧化物粘贴于所述移送管130内壁的问题。

通过所述移送管130移动的液滴状态的氧化物投放到所述捕集单元120的循环部120a，并在所述循环部120a内进行循环的过程中，在压力差的作用下以氧化物粉末形态捕集于捕集部120b。此外，第二连接部310用于与相邻的其它捕集单元进行连接。

图7及图8是示出本发明的氧化物粉末制造装置的反应器的盖单元的图。

参照图7及图8，反应器110上配置的盖单元300包括：主体部520；结合孔510，在所述主体部520的一侧形成有一个以上；吐出部501，用于从所述反应器110吐出液滴状态的氧化物粉末；空气注入口503，用于注入氧气(或者空气)以氧化反应物质；阀502，用于调节向所述空气注入口503注入的空气量；套圈501a(ferrule)，配置于所述吐出部501上。

所述结合孔510是用于与所述反应器110内侧配置的发热体相连接的孔，所述空气注入口503是利用所述送风机170来供氧气(或者空气)流入的孔，以氧化反应物质的表面。

即，一同参照图2至图4和图8，所述盖单元300的主体部520与反应器110的上部耐火物207相结合，在以中央的吐出部501为中心相邻的周缘配置有空气注入口503，以使从送风机170供应的空气能够向反应器110内侧流入。

例如，当所述反应器110通过加热反应物质来制成可以蒸发的液滴状态的氧化物时，需要利用从所述空气注入口503供应的空气来使反应物质的表面发生氧化。被蒸发的氧化物粉末通过所述吐出部501向所述反应器110外部吐出，被吐出的氧化物粉末向移送管130流入。

图9是示出本发明的氧化物粉末制造装置的捕集单元的连接结构的图。

参照图9，本发明的氧化物粉末制造装置可以配置一个以上的捕集单元120。所述捕集单元120可以包括循环部120a和捕集部120b，如图1中所述，为使液滴状态的氧化物粉末进行循环(cyclone)，可以还包括电机部和用于利用压力差来捕集氧化物粉末的过滤器部。

在本发明的氧化物粉末制造装置中，不将从反应器吐出的氧化物粉末捕集于一个捕集单元，而是使用多个捕集单元来依次地进行捕集。例如，在从反应器依次连接的捕集单元为三个的情况下，在第一捕集单元中第一次捕集基于压力差的氧化物粉末，此时未被捕集的氧化物粉末将通过移送管在相邻的第二捕集单元中第二次进行氧化物粉末捕集。接着，经由第二捕集单元的液滴状态的氧化物粉末移动到第三捕集单元并进行捕集过程。

如上所述，根据本发明的氧化物粉末制造装置及其制造方法，将固状(固体)的反应物质进行加热，以将氧化物蒸发为液滴状态后捕集氧化物粉末，从而能够以可与其它氧化物粉末实现的界面比调节的大小制造氧化物粉末。

并且，根据本发明的氧化物粉末制造装置及其制造方法，通过加热反应物质后，注入氧气或者空气来氧化表面，然后将氧化物形成为液滴状态，然后利用压力差来捕集氧化物粉末，从而降低氧化物粉末的凝聚性(高分散性)。

图10及图11是示出由本发明的氧化物粉末制造装置制造的氧化物粉末的sem照片，图12是示出本发明的氧化物粉末制造装置的与反应温度对应的氧化物粉末的大小的图。

参照图10及图11，观察由本发明的氧化物粉末制造装置制造的氧化物粉末的大小可知，其大小在50～300nm范围内具有均匀的大小，并且其表面积为7～15m²/g(bet)范围，从而具有低凝聚性。

即，根据由本发明的氧化物粉末制造装置制造的氧化物粉末，能够制造出根据向反应器流入的空气流速来可以调节氧化物粉末的界面比的大小的氧化物粉末。

并且，如照片所示，由于各个氧化物粉末的彼此间凝聚的区域少，当制造溅射靶材时，能够制造出高密度ito靶材。

参照图12，在本发明的氧化物粉末制造方法中，能够根据变压吸附(pressureswingadsorption，psa)的条件在相同的温度下制造彼此不同直径的氧化物粉末，从而具有能够调节界面比的效果。

当使用激光散射粒子大小分布检测装置(sympatec，helosparticlesizeanalysis)来将50重量％积蓄下的粒子大小d10、d50、d90设为平均粒子大小时，可以看出平均粒子大小在相同的反应温度下根据由送风机注入的空气的流速而改变。

因此，在氧化物粉末为氧化铟粉末的情况下，能够以可以调节与氧化锡粉末的界面比的大小制造氧化物粉末，因此，当制造溅射靶材时，能够将靶材制造为高密度烧结体。

图13是示出利用本发明的氧化物粉末制造装置来制造氧化物粉末的步骤的流程图。

参照图13，本发明的氧化物粉末制造方法包括：将反应物质利用高温进行加热后使其蒸发的步骤s901；在对所述反应物质进行加热以使其蒸发的时间段，通过注入氧气或空气来氧化所述反应物质的表面的步骤s902；被氧化的所述反应物质蒸发为液滴状态后，将其向移送管进行移送并加热的步骤s903；利用压力差将所述液滴状态的氧化物捕集为氧化物粉末的步骤s904。

其中，在所述液滴状态的氧化物通过移送管移动时，可以还包括加热步骤s903，以防止氧化物粘贴于移送管。

更具体而言，反应物质以1000～1600℃在反应器中进行加热，被从送风机供应的氧气(或者空气)氧化并蒸发为液滴状态。即，液滴状态的氧化物可以达到与气体类似的状态，从而进行蒸发并移送。

为了将所述反应物质蒸发为液滴状态，送风机以流速1～100[m/sec]范围供应氧气或空气，以使液滴状态的氧化物向移送管移动。

当氧化物沿着所述移送管移动时，如果温度变低，将引起氧化物粘贴于所述移送管内壁的问题，因此，本发明中沿着移送管配置加热部并加热移送管。当所述移送管被加热时，所述移送管达到与反应器类似的温度状态，从而使氧化物能够维持液滴状态并向捕集单元移动。

此外，液滴状态的氧化物在捕集单元的循环部进行循环，此时利用氧化物进行循环的过程中产生的压力差来将氧化物粉末捕集于捕集部。

如上所述，本发明的氧化物粉末制造方法中利用热蒸发气相法来捕集氧化物粉末，因此，能够制造凝聚性小的50～300nm的大小的氧化物粉末。此外，当加热反应物质并使其蒸发时，通过调节所供应的氧气或空气流速，能够调节氧化物粉末的表面积。