[发明专利]借助热等离子体生产高纯度铜粉末的方法

说明书

背景技术

随着信息产业的快速进步，用于信息产业设备制造的溅射靶材被大量使用。众所周知，一种用于生产这样的靶材的最佳方法是一种高纯度金属粉末原料的烧结法(sintering process)。为此，对于高纯度和熔点的金属粉末的需求在增加，同时，由于信息设备的高功能性，要求纯度提高。

此外，在烧结和生产近似网状(near net shape)的靶时，将上述的粉末进行球化处理(spheroidizing)是必需的，而需要将一种高纯度铜(“Cu”)粉末用作导电膏(conductive paste)或者穿透衬垫(penetrator liner)或者类似物。

一种生产高纯度Cu粉末的方法在现有技术中已公知，该方法包括重复进行矿石的化学湿式分离和提纯、制备一种高纯度中间体氧化物或化合物、分解该氧化物或化合物并对其进行氢还原，由此生产出一种金属粉末。

第10-2004-0097364号韩国专利申请公开文献描述了一种湿式制备的粉末，其中氧的含量相当高，即，2000ppm或更多，并且杂质残留物留在氧化物中，因此造成高度提纯方面的局限，并且造成在控制(管理)所制备的粉末的粒径为1μm或更小方面和因各种溶液导致的环境污染方面的严重问题。

与产生上述问题的湿式分离法相比，第10-2005-0033721号韩国专利申请公开文献描述了一种用于使用非常高的温度下的DC热等离子体生产碳纳米管的方法。DC等离子体技术不能避免由于电极的腐蚀引起的杂质混合，因而造成在制造高纯度金属粉末方面的困难。

同时，第2001-342506号日本专利申请公开文献(下文称作“被引用发明A”)和第2002-180112号日本专利申请公开文献(下文称作“被引用发明B”)中公开了一种利用RF热等离子体生产高纯度粉末的方法。

根据被引用发明A，将金属块粉碎以产生粉末，借助热等离子体处理(thermal plasma treatment)来处理该粉末，从而形成一种诸如钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、钌(Ru)等的高纯度金属粉末。另一方面，被引用发明B描述了一种诸如钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、钌(Ru)等的高纯度金属粉末，该粉末是在注入氢的同时借助RF热等离子体来处理平均粒径为10到320μm的高熔点金属氧化物或者金属化合物而制得的。

前面的被引用发明的特征在于，在使高熔点金属通过热等离子体时，所述高熔点金属既不被熔融也不被蒸发，然而，具有相对较低熔点的杂质被蒸发并被吹入旋风集尘器(cyclone)，因而实现高度提纯。然而，对于有相对较低熔点的铜(Cu)来说，因为不仅杂质可能被蒸发和吹走，原料粉末也可能被蒸发和吹走，所以无法根据这些被引用发明中描述的方法来生产高纯度Cu粉末。

发明的详细描述

技术问题

本发明旨在解决与传统技术有关的上述问题，并且旨在生产具有相对较低熔点的Cu粉末，不过本发明使用了如前述被引用发明中所描述的热等离子体。因此，本发明的一个目的是替代现有技术中已知的技术，提供一种高纯度Cu粉末，该粉末是利用适当地应用(或者控制)用来将原料粉末送入热等离子喷枪和反应器中的反应通道部分的注入速率(introduction rate)而生产的。

技术方案

为了实现本发明的上述目的，提供一种生产金属粉末的方法，所述方法使用一种热等离子喷枪，所述方法包括：使平均粒径为30μm到450μm的Cu粉末以2到30kg/hr的注入速率通过热等离子喷枪，因而形成一种平均粒径为5到300μm的高纯度Cu粉末。注入到所述热等离子喷枪中的Cu粉末优选具有95到99％的纯度，而经所述热等离子喷枪最终获得的高纯度Cu粉末可以是4N级(99.99％)或更高。

当然，本发明不只可以应用于诸如铝(Al)、银(Ag)、镍(Ni)等具有相对较低熔点的金属，也可应用于诸如钨(W)、钼(Mo)、钌(Ru)、钽(Ta)等高熔点金属粉末。

这里使用的原料粉末可以是一种平均粒径为30到450μm的Cu粉末。考虑这个的原因是，如果原料粉末细微并且粒径为30μm或更小，那么在等离子体反应之后获得的粉末的平均粒径为5μm或更小，这转而引起粉末凝聚成团，而如果原料粉末的粒径为450μm或更大，那么该等离子体处理的功效严重减弱。根据本发明，金属粉末可以以2到30kg/hr的注入速率通过热等离子喷枪，并且反应器可以被设计成长度为至少1.4m并且不大于2.5m，这明显区别于现有技术。