TP series 高周波誘導熱プラズマ装置

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特長 STRONG POINT

高周波誘導により約１万度の熱プラズマを発生させ、物理的/化学反応的プロセスにより、球状化、ナノ粒子合成や厚膜合成が行えます。

原理・特長

高周波誘導熱プラズマは、大気圧もしくは大気圧に近い減圧雰囲気において、高周波電力を局所的に集中させ、様々なガスを電磁誘導により瞬時に約１万度の超高温プラズマ状態に変えたものです。

この熱プラズマはアーク放電の領域に属し、このプラズマ中に原料（粉体・ガス・液体）を導入し、蒸発・溶融・分解・化学反応等により、ナノ粒子の合成や反応、微粉末の改質や球状化、成膜、有害ガスの分解などを行う事ができます。(プラズマプロセッシング)

高周波誘導熱プラズマの発生原理

水冷管の外側に誘導コイルを巻き、水冷管の中へアルゴンガスを供給します。誘導コイルへ高周波電力を流し、アルゴンガスにコロナ放電のトリガーを加えると、アルゴンガスが励起し熱プラズマが発生します。
※数kPa以下の減圧下ではトリガーが無くても放電します。

ナノ粒子の合成原理

微粒子等の原料を熱プラズマ中へ供給すると、瞬時に蒸発・ガス化されます。プラズマの中心から尾炎部にかけて千℃単位で温度が下がりますが、その中を約10～20m/secで通過し、蒸発した原料が急冷され核生成・凝縮が行われて、ナノ粒子が生成されます。

特長

超高温のため、沸点の異なる異種原料でも、瞬間的にその場でフラッシュ蒸発させる事ができます。
無電極のため、原料成分のまま蒸発または溶融することができます。
高純度の材料合成が可能です。
様々なガスをプラズマ化することができ、高ラジカルの反応場で、酸化 / 還元 / 窒化 / 炭化などの化学反応や改質が可能です。
プラズマの超高温領域を通過後は急激に冷却されます。（超急冷プロセスにおける核生成・凝縮）
直流熱プラズマ（DCアーク放電）と比較して、大きなプラズマフレームが得られます。
さらにプラズマの流速は直流熱プラズマと比較して一桁遅いため、原料を十分に加熱・反応させることができます。

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機器概要

高周波電源

高周波誘導熱プラズマの負荷に最適なマッチング回路や制御性を備え、十分な異常放電対策や業界屈指の電源効率を有しています。
製品ラインナップ（公称RFプラズマ出力）：6kW型，35kW型，100kW型，200kW型
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　※300kW型も製作実績有り

プラズマトーチ

各出力の高周波電源に対して専用のプラズマトーチが用意されています。

プラズマ密度の高いトーチ径及び構造
水冷 2 重管構造で、内管は石英管と比べ耐久性の高いセラミックス管 (特許取得済) を使用し、
減圧～大気圧まで長時間安定した運転が可能

ハイブリッドプラズマ

ハイブリッドプラズマとは、高周波誘導熱プラズマの直上に直流熱プラズマを重畳させたものです。

原料を直流プラズマで予熱する事ができるため、効率の良い蒸発 (ナノ粒子化) が可能になります
プラズマ流速が速いため、プラズマ蒸発後の急冷効果がさらに高まり、より均一度の高いナノ粒子合成が期待できます
直流熱プラズマのアシストにより高周波誘導熱プラズマの安定性が増すため、より多くの原料を投入する事が可能になります


100kW型RFプラズマトーチ		100kW型ハイブリッドプラズマトーチ

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システム

ナノ粒子合成装置、成膜装置、実験用装置など用途・目的に応じてシステムをご提供します。
※熱プラズマ発生部（コンポーネント）のご提供も可能です。

システム構成例

高周波誘導熱プラズマ装置は、基本構成である高周波電源、プラズマトーチ、操作盤に加え、真空チャンバー、ガス冷却器、粉末フィルター、真空排気系、ガス供給系、原料供給系から構成されます。真空チャンバーは用途に応じて構築されます。プラズマ尾炎部にガスを吹き付けて急冷させるスリットリング（クエンチングガス）のオプションもあります。


100kW型ナノ粒子合成システム


35kW型成膜システム


35kW型実験システム

TP-40020NPS
6kW型ナノ粒子合成実験システム

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用途例

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アプリケーション例

ナノ粒子化

タングステン

最も融点/沸点が高い材料の１つであるタングステンでも、熱プラズマ中で蒸発させることができます。
平均粒径約1μmのタングステン微粉末を約10～20nmにナノ粒子化。

ニッケル

約1～10μmのニッケル微粉末を、ハイブリッドプラズマ（アルゴン＋水素）中で蒸発させ、平均20nmのナノ粒子を作製

球状化

シリコン

複雑形状の微粉末の表面を溶融し、冷却時の表面張力により球形にします。
その際、表面の改質や化学反応を行うこともできます。

複合ナノ粒子合成


Fe-MgO-SiO₂	Ni-MgO-SiO₂
金属、シリカ、マグネシアの混合粉末を熱プラズマ中で蒸発後、一旦金属と酸化物の溶融粒子を合成し、下流の低温領域にて内部に金属を含んだアモルファス酸化物のナノ粒子を形成。画像提供：九州大学大学院工学研究院化学工学部門　渡辺研究室京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻　土`山研究室 Journal of Physics: Conference Series vol.518(2014)