新規な流動層反応装置を利用したシリコン系粉体製造プロセスの開発

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03555174
• Research Institution: Seikei University
• Principal Investigator: 小島 紀徳 成蹊大学, 工学部, 助教授 (10150286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上山 惟一 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (10092149) ; 松方 正彦 成蹊大学, 工学部, 助手 (00219411)
• Keywords: 流動層 / CVD / 直流プラズマジェット / マイクロ波プラズマ / 粒子コ-ティング

Research Abstract

直流熱プラズマジェット発生器を底部に備えた流動層CVD反応器を開発し、本装置を用いた粉体プロセッシングの可能性について検討した。メタン等の反応性ガスをプラズマ電極間に送入すると電極が消耗し、かつプラズマジェットを安定して維持できないので、反応性ガスはアルゴンプラズマジェットの側面より送入する方法をとった。メタンの転化反応をモデルとし、プラズマジェット近傍の局所的な反応の進行度を調べた。プラズマジェット側面から送入したメタンはジェット内外を循環する粒子に同伴されてジェット内に侵入し励起され、炭素、水素、C_2炭化水素に分解することを確かめた。メタンの転化反応はプラズマジェットより上部でも進行していたことから、励起種はガスがジェットを脱出した後も存在することが示された。また、空管を用いた実験の結果と比較して流動層を用いた場合には、メタン転化反応の炭素に対する選択性が向上することを見いだし、このことから本反応器を用いて粒子表面におけるCVDを行ない得ることが示された。
そこで、モノシランとメタンを原料ガスとして用い、アルミナ粒子上への炭化珪素のCVDを試みた。モノシラン、メタンとも分解し、粒子表面に析出物の生成が認められた。析出物の物性、収率と操作因子との相関を次年度詳しく検討する予定である。
原料ガスの励起源としてマイクロ波プラズマを用いた流動層反応器を試作した。直流プラズマジェット流動層と比べ、減圧で操作する必要があるが比較的低温の反応場を広くとれる。本年度は、主として装置の設計、試作を行なった。ガスにアルゴン、水素を、粒子にアルミナを用いて目視により流動層内でのプラズマの発生を確認した。減圧下における最小流動化速度の測定、プラズマが点火する圧力範囲の決定など、基礎的な検討を行なった。

Research Products

• [Publications] T.Kojima,M.Matsukata,M.Arao,M.Nakamura and Y.Mitsuyoshi: "Development of A Plasma Jetting Fluidized Bed Reactor" J.de Physique IV,C2. 429-436 (1991)
• [Publications] M.Matsukata,M.Arao,T.Kojima,M.Nakamura and Y.Mitsuyoshi: "A Plasma Jetting Fluidized Bed Reactor" Proc.Fourth World Congress of Chem.Eng.4.4.36- (1991)
• [Publications] M.Matsukata,H.Ohhashi,T.Kojima,Y.Mitsuyoshi and K.Ueyama: "Vertical Progress of Methane Conversion in a D.C.Plasma Fluidized Bed Reactor" Chem.Eng.Sin.