JP2001180927A - 融点の極めて高い金属ホウ化物の製造方法および金属ホウ化物 - Google Patents

融点の極めて高い金属ホウ化物の製造方法および金属ホウ化物

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JP2001180927A
JP2001180927A JP36882999A JP36882999A JP2001180927A JP 2001180927 A JP2001180927 A JP 2001180927A JP 36882999 A JP36882999 A JP 36882999A JP 36882999 A JP36882999 A JP 36882999A JP 2001180927 A JP2001180927 A JP 2001180927A
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Toshiyasu Takahashi
利安 高橋
Takahiko Kikuchi
貴彦 菊池
Tadashi Handa
忠 半田
Mikio Okubo
幹夫 大久保
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Nippon Denko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 テルミット反応により極めて短時間にバ
ルク状の高融点金属のホウ化物を製造することを目的と
する。 【手段】 クロム、モリブデンまたはバナジウムから選
ばれた金属の酸化物と、前記金属の酸化物に対してほぼ
前記金属のホウ化物が生ずるように混合されたホウ素の
酸化物と、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの
合金からなる還元剤と、フラックスと、からなる混合物
をテルミット反応させることとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は融点の極めて高い金属ホ
ウ化物の製造方法および金属ホウ化物に係り、特にクロ
ム(以下Crと略記する)、モリブデン(以下Moと略
記する)又はバナジウム(以下Vと略記する)から選ば
れた金属のホウ化物をテルミット反応により得る方法お
よびこれらの金属のホウ化物に関する。
【0002】
【従来の技術】Cr、Moなどの高溶融点金属のホウ化
物の製造方法としては、これら高溶融点金属の金属粉末
と炭化ボロンおよび酸化ホウ素(B23と略記)とから
なる混合物を水素気流中で高温で加熱して製造する方
法、Cr、Moなどの金属粉末とボロンの塩化物を水素
ガス中で加熱する方法が知られている。また、Moなど
の金属粉末と金属ボロン(以下Bと略記)を還元雰囲気
下で高温で加熱してホウ化物を得る方法も知られてい
る。これらの技術に関しては、たとえば新金属データブ
ック(1998年5月1日、金属時評編集部編)に記さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造方法は、原料のMo等の金属ならびに炭化ボロン等の
融点が高いため、反応はすべて固相反応であり、得られ
る製品は極めて粒径の小さい粉末状のものしか得られ
ず、そのため用途が限定されているのが実状である。ま
た、これら反応は水素ガスを使用する高温反応であるた
め、反応装置が高価であり、前記固相反応であることと
相俟って反応に長時間を要し、生産性が低いという問題
もある。本発明は上記従来法に係る問題点を解決するこ
とを目的とし、テルミット反応により極めて短時間に高
融点金属のホウ化物をバルク状で製造することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、いわゆるテルミット反応を利用するもの
であり、これにより高溶融点金属のホウ化物をバルク状
で得ることができる。具体的には、融点の極めて高い金
属ホウ化物の製造方法を、Cr、Mo又はVから選ばれ
た金属の酸化物と、前記金属の酸化物に対してほぼ前記
金属のホウ化物が生ずるように計量されたホウ素の酸化
物と、アルミニウム(以下Alと略記)、マグネシウム
(以下Mgと略記)またはこれらの合金(以下Al−M
g合金と略記)からなる還元剤と、フラックスと、から
なる混合物をテルミット反応によって溶融・合金化させ
ることとするものである。
【0005】ここにおいて、上記テルミット反応は金属
のホウ化物の融点(溶融温度)以上の温度で行われるこ
とを好適とし、これによって確実に溶融状態から凝固し
て得られたバルク状の金属ホウ化物を得ることができ
る。そのため、本発明においては、テルミット反応に用
いる還元剤をAl−Mg合金を含有するものとすること
を好適とし、これによって上記高温溶融状態を確実に得
られるようにする。
【0006】また、本発明は、特にクロムホウ化物を製
造するに際し、金属の酸化物として無水クロム酸を用い
ることを好適とし、これにより十分な発熱量を確保して
メタルとスラグの比重分離を容易にするものである。
【0007】さらに、本発明は、上記溶融状態から凝固
して得られた上記金属のバルク状金属ホウ化物を新規な
合金として提供し、これにより金属ホウ化物の用途をさ
らに拡張することを可能にする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明によって製造しようとする
金属ホウ化物は、Cr、Mo又はVから選ばれた金属の
ホウ化物である。これらは、融点が2200℃以上と極
めて高く、従来技術によっては溶融状態とすることが困
難であり、いわゆるバルク状のものを容易に得ることが
できないものである。
【0009】本発明においては、上記高融点金属のホウ
化物を製造するのに、テルミット反応を用いる。テルミ
ット反応とは、酸化物と還元剤を混じ、これを急速に反
応させその際に生ずる反応熱により金属およびスラグを
溶解・反応させ、さらに溶融物を比重差によって分離す
る精錬方法である。この方法自体は、従来から融点が2
200℃以下の金属のホウ化物を製造するために利用さ
れてきたが、2500℃以上では金属とスラグとが混在
したまま凝固し、これらの分離が不良となるため上記高
融点金属のホウ化物の製造には利用され得なかったもの
である。
【0010】本発明者等はこの点を解決するため、上記
テルミット反応における発熱量を、従来に較べ格段に大
とし、これにより上記問題の解決を図ったものである。
具体的には、反応系に含まれる原料単位質量当たりの発
熱量を反応系に応じて完全な溶融状態が得られるように
し、例えばモリブデンのホウ化物を得る場合には原量単
位質量(kg)当たり3.516MJ以上の発熱量とする
ことによって上記目的が達せられる。
【0011】そのため、本発明においては還元剤として
Al粉末、Mg粉およびAl−Mg合金粉末を単独また
は複合して使用する。特にMg粉末あるいはAl−Mg
合金粉末を利用するときはテルミット反応における発熱
量を大としうるので好適である。しかしながら、一般に
Mg粉末およびAl−Mg合金粉末はAl粉末に比較し
て価格が高いので、その使用量はできるだけ控えること
が望ましい。
【0012】本発明においては、上記テルミット反応に
よって金属の酸化物とホウ素の酸化物を還元・溶融させ
その状態でホウ化物とするのであるが、その際に用いる
金属の酸化物はFe、Si等の不純物の少ないケミカル
グレードのものとするのがよい。また、粒度は平均粒径
をやや粗く4μm以上とするのがよく、これにより急激
な反応の際の原料の飛散を防止することができ、歩留ま
りの向上をはかることができる。
【0013】特に、クロムホウ化物(CrB、Cr
2)を製造するに際しては、原料として無水クロム酸
(CrO3)を用いることが好ましい。クロムの酸化物
としては酸化クロム(Cr23)が代表的なものである
が、それのみを用いるとテルミット反応の発熱量が不足
し、メタルとスラグの分離が不十分となるからである。
この場合、Cr23とCrO3の混合物を原料とするこ
とも可能である。
【0014】ホウ素の酸化物としてはB23を利用する
のがよい。しかしその一部をホウ素粉末あるいは他のホ
ウ素化合物に変えることもできる。その粒度は特に制限
されないが、反応速度を考慮して約1mm以下とするの
がよい。ただし、上記と同様に理由により、あまりに微
粉とするのは避けるべきである。
【0015】還元剤であるAl粉末、Mg粉末あるいは
Al−Mg合金粉末の組成はAl粉末、Mg粉末につい
ては純度99.7%程度とし、Al−Mg合金粉末につ
いてはMg5〜50%残部Alの合金とするのがよい。ま
た、これら還元剤の製造方法は特に問わないが、たとえ
ば、アトマイズ法で製造した粒径3mm以下のものとす
るのが好ましい。
【0016】フラックスは、テルミット反応を円滑に行
わせ、特に金属とスラグの分離を円滑に行わせるために
適量添加される。一般に生石灰をテルミット反応組成物
全体に対して2〜10%配合すればよい。
【0017】上記の原料は、金属酸化物に対してホウ素
の酸化物をほぼ前記金属のホウ化物が生ずるように配合
し、これに前記フラックスを適量配合して、たとえばV
型ミキサーで20min程度混合して、テルミット剤と
し、これを適当な反応容器中に充填し、ニクロム線等を
着火剤中に埋め込んで通電により着火すれば、テルミッ
ト反応を開始することができる。
【0018】テルミット反応を終了し、全体が冷却した
した後、反応物を反応槽から取り出し、スラグを分離す
れば生成した金属ホウ化物をいわゆるバルク状態で得る
ことができる。得られたバルク状の金属ホウ化物を適当
な手段により粉砕し粒度調整をすれば、任意の粒度の金
属ホウ化物とすることができる。
【0019】
〔配合1〕
MoO3 40.4kg Al粉末 23.4kg B23 12.2kg 生石灰 6.0kg
【0020】着火後、約30sで全体が溶融状態をな
り、反応が進行していることが確認できた。反応終了
後、3h放置し室温に冷却した後、スラグを除去したと
ころ、バルク状の合金が得られた。その組成は、質量比
で、Mo:91.0%、B:6.8%、Al:0.3
%、O:0.2%であった。これを粉砕し、X線回折に
よって結晶構造を確認したところ実質的にMoB相から
なる合金であることが確認された。
【0021】(実施例2)次の配合2に示すように原料
を配合し、混合後テルミット反応槽に充填し、テルミッ
ト反応を行わせた。 〔配合2〕 MoO3 40.4kg Al粉末 23.4kg Al−Mg合金粉末 2.3kg B23 19.3kg 生石灰 2.8kg
【0022】反応は実施例1と同様に進行し、バルク状
の合金が得られた。その組成は、質量比で、Mo:8
6.6%、B:11.7%、Al:0.7%、O:0.
1%、であった。これを粉砕し、X線回折によって結晶
構造を確認したところ実質的にMoB相からなる合金で
あることが確認された。
【0023】(実施例3)次の配合3に示すように原料
を配合し、混合後テルミット反応槽に充填し、テルミッ
ト反応を行わせた。 〔配合3〕 Cr23 78.0kg CrO3 78.0kg B23 83.0kg Al粉末 96.7kg Al−Mg合金粉末 11.0kg 生石灰 2.8kg
【0024】反応は実施例1と同様に進行し、バルク状
の合金が得られた。その組成は、質量比で、B:17.
0%、、Al:0.5%、O:0.1%、残部は実質的
にCrであった。これを粉砕し、X線回折によって結晶
構造を確認したところ実質的にCrB相からなる合金で
あることが確認された。
【0025】(実施例4)次の配合4に示すように原料
を配合し、混合後テルミット反応槽に充填し、テルミッ
ト反応を行わせた。 〔配合4〕 CrO3 159kg B23 148kg Al粉末 141kg Al−Mg合金粉末 11kg 生石灰 17kg
【0026】反応は実施例1と同様に進行し、バルク状
の合金が得られた。その組成は、質量比で、B:29.
0%、、Al:0.5%、O:0.1%、残部実質的に
Crであった。これを粉砕し、X線回折によって結晶構
造を確認したところ実質的にCrB2相からなる合金で
あることが確認された。
【0027】(比較例)Mo粉末とB粉をB含有割合が
10%となるように配合し、混合後るつぼに充填しAr
ガス気流中で高周波誘導加熱炉により約2200℃に1
0h保持した。冷却後、得られた合金を調査したとこ
ろ、その組成は、質量比で、B:10%、Al:0.0
2%、O:0.3%、残部:Moからなり、結晶構造は
MoB相からなっていたが、単位粒子が半焼結状になっ
た粉末のものであった。
【0028】
【発明の効果】本発明は、高溶融点金属をテルミット反
応によりほう化物としたので、ホウ化モリブデンなどの
高融点金属ホウ化物を極めて効率的に製造することがで
きる。また、製造された金属ホウ化物は、バルク状であ
り、超硬合金のホウ素添加用として好適に使用しうる。
また、これを粉砕すれば、各種粉末冶金用のホウ素添加
用原料として使用しうる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 半田 忠 徳島県阿南市橘町幸野62の1 日本電工株 式会社内 (72)発明者 大久保 幹夫 東京都中央区銀座2丁目11番8号 日本電 工株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロム、モリブデンまたはバナジウムか
    ら選ばれた金属の酸化物と、前記金属の酸化物に対して
    ほぼ前記金属のホウ化物が生ずるように計量されたホウ
    素の酸化物と、アルミニウム、マグネシウムまたはこれ
    らの合金からなる還元剤と、フラックスと、からなる混
    合物をテルミット反応によって溶融・合金化させること
    を特徴とする融点の極めて高い金属ホウ化物の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 テルミット反応は金属のホウ化物の融点
    以上の温度で行われることを特徴とする請求項1記載の
    融点の極めて高い金属ホウ化物の製造方法。
  3. 【請求項3】 還元剤は金属アルミニウムと金属マグネ
    シウムの合金を含有することを特徴とする請求項1又は
    2記載の融点の極めて高い金属ホウ化物の製造方法。
  4. 【請求項4】 金属の酸化物として無水クロム酸を用い
    てクロムホウ化物を製造することを特徴とする請求項1
    〜3のいずれかに記載の融点の極めて高い金属ホウ化物
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 溶融状態から凝固して得られたクロム、
    モリブデンまたはバナジウムから選ばれた金属のバルク
    状金属ホウ化物。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005519843A (ja) * 2002-03-28 2005-07-07 カウンシル・オブ・サイエンティフィック・アンド・インダストリアル・リサーチ ニホウ化ジルコニウム粉末の製造方法
JP2009029661A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Japan Carlit Co Ltd:The テルミット反応組成物
CN115403051A (zh) * 2022-09-16 2022-11-29 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种二硼化钒的制备方法

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