Development of 80 kW RF Thermal Plasma Torch System for Mass Production and Research of Si Nano-Powder Manufacturing Process

In order to develop of 80 kW RF plasma torch system, we achieved three-dimensional simulations for the extraction of more information as temperature in torch and fluid behavior analysis, etc. The position of powder injection tube, the plasma discharge characteristics with various input current and various length of ceramic tube, and the plasma temperature characteristics with process gas flow rate such those was simulated. RF thermal plasma torch designed by simulation was manufactured that was measured to the maximum of 89.3 kW power. The mass production using developed 80 kW RF thermal plasma torch system were investigated by characteristics manufactured of Si nano powder. The mass-production level of Si nano-powder was average of 539 g/hr and high yield rate of 71.6%, respectively. The particle size distribution $D_{99}/D_{50}$ of manufacturing nano-powder was investigated to 1.98 as a good uniform.

양산용 80 kW급 RF Plasma Torch System 개발 및 Si 나노분말 제조 공정 연구

80 kW RF 플라즈마 토치 시스템을 개발하기 위하여, 토치 시스템에 대한 온도, 유체 거동 분석 등의 보다 많은 정보의 추출을 위하여 3차원 시뮬레이션을 진행했다. 파우더 주입관 위치, 입력 전류 변화에 따른 플라즈마 생성 특성, 세라믹 원통관 길이에 따른 플라즈마 방전 특성, 및 공정가스 유량에 따른 플라즈마 온도특성 등을 시뮬레이션 했다. 시뮬레이션을 통해 설계 제작된 RF 열 플라즈마 토치의 경우, 최대 89.3 kW까지 파워 인가가 측정되었다. 개발된 80 kW급 RF 열 플라즈마 토치 시스템의 양산성 평가로 Si 나노분말을 제조하고 특성을 고찰하였다. Si 나노분말의 생산량이 평균 539 g/hr의 양산 수준과 71.6%의 높은 수율을 달성했으며, 제조된 나노 분말은 $D_{99}/D_{50}$가 1.98의 좋은 입경 균일 분포도를 나타내었다.