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窒素

Nitrogen

窒素は空気の78%を占め、常温で不活性、液体時はマイナス196℃という極低温という特性を持っています。この特性を活かして半導体製造、爆発防止、酸化防止などの様々な用途に使用されています。

 

窒素の性状 

  • 無色・無臭の気体
  • 空気の5分の4を占める
  • 常温では化学的に不活性
  • 高温下で酸素と化合
  • 高温、高圧下では水素や金属と化合


窒素の用途

熱処理
広く行われている鋼材などの改質を行う熱処理において、これまでの石油系ガス、アンモニアなどに代わり、作業の安全性、簡便性などの点で優れている窒素ガスをベースにした熱処理を行うことが多くなっています。

ガラス製造
自動車、建築などの分野において、歪みのないフローガラスはこの30年間で急速に普及しました。このフローガラスは、溶融ガラスの表面を窒素で不活性にして製造します。

保安
LPG、LNGなどの可燃性ガスの配管、貯蔵タンク、タンカーなどの定期修理や洗浄の際に、火災や爆発を防止するために窒素を送り込み、一時的に不活性雰囲気を作りだします。

食品酸化防止
コーヒー、スナック菓子などの食品は酸化すると風味や品質が劣化します。酸化防止のために最近では酸化防止剤に代わり、包装中に窒素を封入することで酸化を防ぐ方法がとられています。

缶の圧力源
薄くつぶれやすいアルミニウム缶に炭酸を含まない飲料を充填する場合、缶をつぶれにくくするとともに品質を保持するために窒素を封入します。

食品冷凍保存
家庭の食卓に欠かせなくなった冷凍食品。この冷凍食品を製造・保存する際にも窒素が必要です。
魚介類、肉類などの生鮮食品や惣菜類、麺類などの調理食品は液化窒素の冷熱を利用して急速に凍結することで、長期間品質を保つことが可能になりました。

生体組織冷凍保存
液化窒素を使って動植物の組織を冷凍保存することができます。例えば、家畜の品質改良では、優秀な家畜の精子、卵子を冷凍保存し受精させるという技術が利用されています。また、不足気味の輸血用血小板、さらには移植用骨髄、角膜などを液化窒素の極低温で保存することで、必要な時に利用することができます。

コンクリートクーリング
コンクリートを練る時に発生するセメントと水の反応熱は、固化後のひび割れの原因となります。 
そこで、フレッシュコンクリートを液化窒素で噴射冷却することで、この固化後のひび割れを防いでいます。

溶剤回収
各種塗料、磁気テープ、粘着テープ、感光性フィルムなどの製造時に使用されるトルエン、MEK、アノンなどの可燃性有機溶剤を窒素ガス雰囲気中で安全に保持し、液化窒素の冷熱で廃溶剤を凝固回収。 大気汚染防止と資源の節約に役立てています。

銅のサブゼロ処理
銅は熱処理後、放置すると経時変化を起こし、形状、寸法、硬度が変ってしまいます。 
これを防ぐために熱処理後の銅を液化窒素で急激に冷却する「サブゼロ処理」を行うことにより、金属組織を安定させることができます。

バリ取り
これまでゴム製品のバリ取り処理はひとつひとつを手作業で行っていたため、非常に手間と時間がかかりました。そこで、ゴムが極低温で脆化するという性質を利用して、液化窒素の冷熱でバリ部分をもろくし、プラスティックの粒を高速でぶつけるという方法を採用。自動的かつ大量のバリ取りを行うことを可能としました。

半導体製造
ますます微細化が進む半導体の製造プロセスでは、窒素が欠かせません。
その代表的なものに、ウエハにパターン形成を行う処理工程で、毒性・可燃性の高い材料ガスを製造設備内に供給するためのキャリアガスとしての使用があります。また、各工程の中で、ウエハ表面の酸化を防止することや、装置内や配管内から材料ガスをパージするといった用途にも使われます。

ヘルスケア
医療用窒素は、「純生空気(合成空気)」の窒素成分として医療用酸素と混合して使用されるほか、冷凍手術や医療器具の駆動用としても使用されます。