JP2818859B2 - Method for producing carbon-boride ceramic spherical composite - Google Patents
Method for producing carbon-boride ceramic spherical compositeInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は表面が黒鉛で覆われ、内
部は微細な炭素(黒鉛)と主としてホウ化物セラミック
スが互いに分散した構造を有し、高温耐熱性材料として
有用な直径が10μm〜2mmの球形の炭素−ホウ化物系複合
材料の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention has a structure in which the surface is covered with graphite and the inside has fine carbon (graphite) and mainly boride ceramics dispersed in each other. The present invention relates to a method for producing a 2 mm spherical carbon-boride composite material.
【0002】[0002]
【従来の技術】炭素とセラミックスから成る複合材料は
炭素の持つ耐熱性、耐薬品性、潤滑性等とセラミックス
の持つ耐熱性、耐酸化性、高強度等の特徴を備えた材料
として使用されている。この複合材料の製造方法は粘結
性を有する炭素質材料である生コークスにセラミックス
粉末を摩砕混合し、成形した後、焼成する方法(特公平
2−7907号)、コークスにセラミックス粉末を混合
し、ホットプレス等の加圧下で焼成する方法(特公昭6
1−27352号)がある。最近、生コークスに炭化ケ
イ素(SiC)と炭化ホウ素(B4C)の粉末を混合し、成形後焼
成することによって板状や針状のSiCが分散したじん性
に優れた複合材の製造方法が開発されている(特開平6
−87653)。これらの方法で得られる複合材はいず
れもブロック状であり、構造材料として使用されてい
る。2. Description of the Related Art Composite materials comprising carbon and ceramics are used as materials having the characteristics of carbon such as heat resistance, chemical resistance, lubricity, etc. and the characteristics of ceramics such as heat resistance, oxidation resistance and high strength. I have. The method for producing this composite material is a method in which ceramic powder is ground and mixed with raw coke, which is a carbonaceous material having caking properties, molded and fired (Japanese Patent Publication No. 2-7907), and the ceramic powder is mixed with coke. And baking under pressure such as hot press
No. 1-27352). Recently, a method for manufacturing a composite material with excellent toughness in which plate-like or needle-like SiC is dispersed by mixing powder of silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C) with raw coke, and firing after molding (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6
-87653). The composites obtained by these methods are all block-shaped and used as structural materials.
【0003】炭素とセラミックスはそれぞれ特性を持つ
ものであるから、これらの特性を発揮させるためにはブ
ロック状から、他の形態に変えることによって機能性材
料になり得ると考え、先に、炭素粉末とホウ化物セラミ
ックス粉末を混合し、この混合粉末を2400℃以上の温度
で熱処理することにより球状の炭素−ホウ化物系セラミ
ックス複合体およびその製造方法を提案した(特願平6
−71396号)。[0003] Since carbon and ceramics each have properties, it is considered that a functional material can be obtained by changing from a block shape to another form in order to exhibit these properties. And a boride ceramic powder are mixed, and the mixed powder is heat-treated at a temperature of 2400 ° C. or more to propose a spherical carbon-boride ceramic composite and a method for producing the same.
-71396).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般にホウ化物セラミ
ックスは高融点化合物の1つであり、金属、その酸化物
または炭化物とホウ素、ホウ酸等のホウ素化合物の高温
加熱によって製造されている。そのため、酸化物セラミ
ックスのような汎用のセラミックスと比較して高価な材
料である。先に特願平6−71396号で提案した球状
の炭素−ホウ化物複合体の製造方法は原料としてこの高
価なホウ化物セラミックスを用い、しかも、2400℃以上
という高温の熱処理が必要であることから、製造される
球状複合体は高価にならざるを得ない。Generally, boride ceramics are one of high melting point compounds, and are produced by heating metals, oxides or carbides thereof, and boron compounds such as boron and boric acid at a high temperature. Therefore, it is an expensive material as compared with general-purpose ceramics such as oxide ceramics. The method for producing a spherical carbon-boride composite proposed in Japanese Patent Application No. 6-71396 previously uses this expensive boride ceramic as a raw material and requires a high-temperature heat treatment of 2400 ° C. or more. However, the produced spherical composite must be expensive.
【0005】新規で、かつ、機能性材料として期待され
る球状の炭素−ホウ化物複合体を工業材料の1つとする
ためには製造プロセスを改善して可能な限り製造コスト
の低減を図る必要あり、この製造プロセスを改善するこ
とが本発明の目的である。[0005] In order to make the spherical carbon-boride complex, which is a new and expected functional material, one of the industrial materials, it is necessary to improve the production process and reduce the production cost as much as possible. It is an object of the present invention to improve this manufacturing process.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上述のように、ホウ化物
セラミックスは高温でも安定であり、炭素が存在する状
態でもほとんど炭化物を形成しない。炭化物も同様に安
定な物質であるが、ホウ素やその化合物が共存すると、
ホウ化物になることはよく知られている。たとえば、炭
化チタン(TiC)と炭化ホウ素(B4C)の混合物を熱処理する
とホウ化チタンが生成する。一方、酸化物セラミックス
は炭素存在下で還元され、熱処理条件によって炭化物を
生成することもよく知られている。As described above, boride ceramics are stable at high temperatures and hardly form carbides even in the presence of carbon. Carbides are similarly stable substances, but when boron and its compounds coexist,
It is well known that it becomes a boride. For example, heat treatment of a mixture of titanium carbide (TiC) and boron carbide (B 4 C) produces titanium boride. On the other hand, it is well known that oxide ceramics are reduced in the presence of carbon and generate carbides under heat treatment conditions.
【0007】これらのことから、原料として酸化物セラ
ミックスの場合には酸化物、ホウ素やその化合物および
炭素、炭化物セラミックスの場合には炭化物とホウ素や
その化合物を用いることによってホウ化物セラミックス
を生成させることが出来ることは容易に考えられる。し
かしながら、原料として酸化物や炭化物セラミックスを
用いた場合には化学反応を伴うので、ホウ化物セラミッ
クスを用いた場合と同じ機構で球状の炭素−ホウ化物セ
ラミックス複合体が生成するとは考えられない。つま
り、ホウ化物セラミックスの場合の球状複合体の生成機
構は高温において炭素と共融点が存在し、この共融点は
ホウ化物自体の融点より低いため、炭素と接している部
分から溶融し、これに炭素が溶解すると共に、表面張力
によって球形化する。そして、冷却過程で溶解していた
炭素が析出すると考えている。したがて、この機構はホ
ウ化物と炭素との間で生ずる物理的な変化であって、化
学反応が伴うものではないのである。[0007] From these facts, boride ceramics can be produced by using oxides, boron and its compounds and carbon in the case of oxide ceramics, and carbides and boron and its compounds in the case of carbide ceramics as raw materials. Can easily be considered. However, when an oxide or a carbide ceramic is used as a raw material, a chemical reaction is involved, and it is not considered that a spherical carbon-boride ceramic composite is formed by the same mechanism as when a boride ceramic is used. In other words, the formation mechanism of the spherical composite in the case of boride ceramics has a eutectic point with carbon at a high temperature, and since this eutectic point is lower than the melting point of the boride itself, it melts from the part in contact with carbon, As the carbon dissolves, it becomes spherical due to surface tension. And it is thought that the carbon dissolved in the cooling process is deposited. Thus, this mechanism is a physical change that occurs between boride and carbon, and is not accompanied by a chemical reaction.
【0008】そこで、酸化物および炭化物セラミックス
とホウ素化合物を用いた球形化のための条件検索を行っ
たところ、ホウ化物セラミックスの場合と同様の形状と
構造を持つ球状の炭素−ホウ化物セラミックス複合体が
生成し、しかもホウ化物セラミックスの場合よりも低い
温度で生成することが知られ、本発明をなすに至った。[0008] Then, when a condition search for spheroidization using oxide and carbide ceramics and a boron compound was conducted, a spherical carbon-boride ceramic composite having the same shape and structure as those of boride ceramics was searched. It is known that is formed at a lower temperature than that of boride ceramics, and the present invention has been accomplished.
【0009】以下、本発明の方法を説明する。出発原料
として、炭素と酸化物または炭化物セラミックスの粉末
およびホウ素またはその化合物を用いる。炭素はカーボ
ンブラック、コークスやこれらの黒鉛化処理物、天然黒
鉛であり、炭素質、黒鉛質のいずれも用いることが出来
る。これらの炭素粉末は粒子径は小さい方が好ましく、
平均粒子径として少なくとも約10μm以下のものを用い
る。Hereinafter, the method of the present invention will be described. As starting materials, powders of carbon and oxide or carbide ceramics and boron or a compound thereof are used. Carbon is carbon black, coke, their graphitized products, and natural graphite, and any of carbonaceous and graphitic can be used. These carbon powders preferably have a smaller particle size,
An average particle size of at least about 10 μm or less is used.
【0010】酸化物セラミックスは酸化ジルコニウム(Z
rO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化
バナジウム(V2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化モリブデ
ン(MoO2)および酸化タングステン(WO3)であり、炭化物
セラミックスは炭化チタン(TiC)、炭化ジルコニウム(Zr
C)、炭化タンタル(TaC)、炭化バナジウム(VC)、炭化ニ
オブ(NbC)、炭化モリブデン(MoC,Mo2C)、炭化タングス
テン(WC)および炭化ハフニウム(HfC)であり、これらの
1種または2種以上の混合物である。さらに、ホウ素化
合物はホウ酸、酸化ホウ素および炭化ホウ素である。こ
れらの出発原料はいずれも粒子径が約50μm以下、好ま
しくは平均粒子径が10μm以下の微粉末を用いる。な
お、酸化物セラミックスとして酸化ハフニウム、ホウ素
として金属ホウ素も原料として用いることができるが、
これらはいずれも高価である。The oxide ceramic is made of zirconium oxide (Z
rO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), and tungsten oxide (WO 3 ), And carbide ceramics are titanium carbide (TiC), zirconium carbide (Zr
C), tantalum carbide (TaC), vanadium carbide (VC), niobium carbide (NbC), molybdenum carbide (MoC, Mo 2 C), a tungsten carbide (WC) and hafnium carbide (HfC), these one or It is a mixture of two or more. Further, the boron compounds are boric acid, boron oxide and boron carbide. As these starting materials, use is made of fine powder having a particle diameter of about 50 μm or less, preferably an average particle diameter of 10 μm or less. Hafnium oxide as oxide ceramics and metallic boron as boron can also be used as raw materials,
These are all expensive.
【0011】炭素、酸化物または炭化物セラミックスお
よびホウ素化合物を所定量採取し、混合する。炭素、酸
化物または炭化物セラミックスおよびホウ素化合物のそ
れぞれの配合量は球状体を生成させる上で重要である。
すなわち、酸化物または炭化物セラミックスに対するホ
ウ素化合物の配合量は酸化物または炭化物セラミックス
の金属がホウ素化合物中のホウ素と反応して生成するホ
ウ化物に相当する量またはそれより多い量用いる。ホウ
化物は金属とホウ素の割合が異なる化合物が多数存在す
るので、生成するホウ化物の構造を知る必要がある。本
発明で用いた酸化物または炭化物セラミックスの場合、
WO3、WC、MoO2、Mo2CおよびMoCを除いて二ホウ化物が、
WO3およびWCでは五ホウ化二タングステン(W2B5)が、M
oO2、Mo2CおよびMoCでは二ホウ化モリブデン(MoB2)お
よび一ホウ化モリブデン(MoB)が生成した。これによ
って必要なホウ素量は計算によって求めることが出来
る。実験によって酸化物または炭化物がすべてホウ化物
に変換するために必要な量を求めると、計算によって求
めた値(理論量)の約1.3倍量であった。なお、ホウ
素量が少ないと、すべての酸化物または炭化物がホウ化
物に変化せず、炭化物として共存する。ホウ素量が過剰
な場合には炭化ホウ素が生成する。したがって、ホウ素
量を調整することによりホウ化物と炭化物が共存した球
状体を製造することも出来る。A predetermined amount of carbon, oxide or carbide ceramics and a boron compound are sampled and mixed. The amount of each of the carbon, oxide or carbide ceramics and boron compound is important for forming a spherical body.
That is, the compounding amount of the boron compound with respect to the oxide or carbide ceramic is an amount corresponding to the boride generated by the reaction of the metal of the oxide or carbide ceramic with boron in the boron compound or an amount larger than that. Since there are many borides having different ratios of metal and boron, it is necessary to know the structure of the boride to be formed. In the case of the oxide or carbide ceramic used in the present invention,
Diborides except WO 3 , WC, MoO 2 , Mo 2 C and MoC
In WO 3 and WC, ditungsten pentaboride (W 2 B 5 )
MoO 2 , Mo 2 C and MoC produced molybdenum diboride (MoB 2 ) and molybdenum monoboride (MoB). Thereby, the necessary amount of boron can be obtained by calculation. The amount required to convert all the oxides or carbides into borides by experiments was about 1.3 times the calculated value (theoretical amount). When the amount of boron is small, all oxides or carbides do not change into borides and coexist as carbides. When the amount of boron is excessive, boron carbide is generated. Therefore, by adjusting the amount of boron, a spherical body in which a boride and a carbide coexist can be produced.
【0012】一方、炭素に対する酸化物または炭化物セ
ラミックスおよびホウ素化合物の配合量は単純には決め
られない。それは炭素の役目として(1)酸化物セラミッ
クスとホウ素化合物の還元剤、(2)球状体の構成成分と
しての炭素、(3)生成したホウ化物が球状化のための場
の提供にあると考えられる。(1)は酸化物セラミックス
とホウ素化合物の種類と量が決まると計算で求められる
が、(2)と(3)は不明である。したがって、炭素量は実験
的に求める必要がある。On the other hand, the amounts of the oxide or carbide ceramic and the boron compound with respect to carbon cannot be simply determined. It is thought that the role of carbon is to provide (1) a reducing agent for oxide ceramics and boron compounds, (2) carbon as a component of spheroids, and (3) the generated boride to provide a space for spheroidization. Can be (1) can be calculated by determining the types and amounts of oxide ceramics and boron compounds, but (2) and (3) are unknown. Therefore, the carbon content needs to be determined experimentally.
【0013】酸化物セラミックスの場合、最も式量およ
び比重の大きいWO3を用いて炭素との混合量を変えて熱
処理すると、炭素1重量部に対して、WO3量は約0.6
重量部以下であることが分った。すなわち、この量以下
では全量球状複合体であるが、この以上になると、球状
体同士が融合するか、あるいは球径が大きくなることか
ら大きく変形した球状体になる共に、熱処理に用いた容
器に溶融状態で強固に付着し、実質的に真球に近い球状
体の収率が低下する。また、炭化物セラミックスの場合
もWCを用いて同様にして処理すると、炭素1重量部に対
して、WC量は約2重量部以下であることが分った。この
量以上では熱処理に用いた容器底部に溶融状態で強固に
付着したものの量が増加した。しかし、炭素中に球状体
の大きさは特に変わらなかった。In the case of oxide ceramics, when WO 3 having the highest formula weight and specific gravity is used and heat treatment is performed while changing the mixing amount with carbon, the amount of WO 3 is about 0.6 with respect to 1 part by weight of carbon.
It was found to be less than parts by weight. In other words, when the amount is less than this amount, the entire amount is a spherical composite, but when the amount is more than this, the spherical bodies are fused together, or the spherical diameter becomes large, so that the spherical body becomes greatly deformed, and the container used for the heat treatment is used. It adheres firmly in the molten state, and the yield of a sphere substantially close to a true sphere decreases. When the same treatment was performed using WC in the case of carbide ceramics, it was found that the amount of WC was about 2 parts by weight or less with respect to 1 part by weight of carbon. Above this amount, the amount of those firmly adhered in the molten state to the bottom of the vessel used for the heat treatment increased. However, the size of the spheres in the carbon did not change.
【0014】このように、炭素に混合可能な量は酸化物
と炭化物では異なり、炭化物の方が多量に混合すること
が出来る。これは酸化物と炭化物では炭素の作用効果が
異なるためである。すなわち、酸化物では還元に炭素を
必要とするが、炭化物ではホウ化物に変換することによ
って炭素を生成するので、炭素は生成した球状体同士が
接触、合体を阻害する上記(3)の作用をしているといえ
る。炭素粉末、酸化物または炭化物セラミックス粉末お
よびホウ素化合物は十分混合する。なお、ホウ素化合物
の内、ホウ酸、酸化ホウ素およびホウ酸ナトリウムは水
溶性であるので、少量の水に溶解し、これを炭素粉末と
酸化物または炭化物セラミックス粉末に加えて混合して
もよい。As described above, the amount that can be mixed with carbon is different between oxides and carbides, and carbides can be mixed in larger amounts. This is because the effect of carbon is different between oxides and carbides. In other words, oxides require carbon for reduction, while carbides generate carbon by converting them to borides, so that the generated spheres come into contact with each other, inhibiting the coalescence of the above (3). It can be said that. The carbon powder, oxide or carbide ceramic powder and boron compound are mixed well. Among the boron compounds, boric acid, boron oxide and sodium borate are water-soluble, so that they may be dissolved in a small amount of water and added to the carbon powder and the oxide or carbide ceramic powder and mixed.
【0015】混合した炭素、酸化物または炭化物セラミ
ックスとホウ素の混合物は、黒鉛製容器に入れ、ヘリウ
ム、アルゴンの不活性ガス中で熱処理する。このときの
熱処理温度は、いずれも2200℃以上であるが、原料
として用いる酸化物または炭化物セラミックスの種類に
よって異なるので、それぞれについてあらかじめ実験的
に決めておく必要がある。これは各原料について、22
00℃以上の温度に昇温しながら100℃間隔で試料を
採取し、これを比重分別して得た沈降物を走査型電子顕
微鏡で観察することによって行われる。このようにして
決められた熱処理温度の例を挙げれば、MoO2、Mo
C、Mo2C、V2O5及びWCの場合は2200℃、
ZrO2、ZrC、Ta2O5、WO3及びV2O5+
ZrO2の場合は2300℃、Nb2O5、VC及びT
iO2+ZrO2の場合は2400℃、TiO2の場合
は2500℃、TaCの場合は2600℃、TiC、N
bC及びHfCの場合は2700℃である。なお、この
熱処理の際の雰囲気として不活性ガスとして窒素ガスを
用いると、窒化物セラミックスを生成する恐れがあるの
で、これは用いることができない。このようにして得ら
れる熱処理物は炭素中に生成した球状体が混在したもの
であるので、適当な方法によって球状体を分離する必要
がある。その方法として、例えば、傾斜板上から落下さ
せる方法、サイクロンによる分離、比重分別法がある。
この中で比重分別法が最も良い。すなわち、比重液とし
て炭素と球状体をよく濡らすアルコールや界面活性剤を
少量加えた水中に熱処理物を入れ、撹拌等で分散させ、
短時間静置後上澄みを除く。沈降物に比重液を加え、同
様の操作を行う。この操作を繰り返し行うことによって
比重の小さい炭素は除かれ、最終的に沈降物は球状体の
みとなる。The mixture of the mixed carbon, oxide or carbide ceramic and boron is placed in a graphite container and heat-treated in an inert gas of helium or argon. The heat treatment temperature at this time is 2200 ° C. or more, but it depends on the type of oxide or carbide ceramic used as a raw material, and therefore it is necessary to experimentally determine each of them. This means that for each material, 22
This is performed by taking samples at intervals of 100 ° C. while raising the temperature to a temperature of 00 ° C. or higher, and observing a sediment obtained by fractionation of the specific gravity with a scanning electron microscope. As an example of the heat treatment temperature determined in this way, MoO 2 , Mo
2200 ° C. for C, Mo 2 C, V 2 O 5 and WC,
ZrO 2 , ZrC, Ta 2 O 5 , WO 3 and V 2 O 5 +
In the case of ZrO 2 , 2300 ° C., Nb 2 O 5 , VC and T
2400 ° C. for iO 2 + ZrO 2 , 2500 ° C. for TiO 2 , 2600 ° C. for TaC, TiC, N
The temperature is 2700 ° C. for bC and HfC. Note that if nitrogen gas is used as an inert gas as an atmosphere during the heat treatment, nitride ceramics may be generated, and thus cannot be used. Since the heat-treated product thus obtained is a mixture of spheres formed in carbon, it is necessary to separate the spheres by an appropriate method. Examples of the method include a method of dropping from an inclined plate, separation by a cyclone, and specific gravity fractionation.
Among them, the specific gravity fractionation method is the best. That is, put the heat-treated product in water containing a small amount of alcohol or a surfactant that wets carbon and spheres well as a specific gravity liquid, and disperse by stirring or the like,
After standing for a short time, remove the supernatant. A specific gravity solution is added to the sediment, and the same operation is performed. By repeating this operation, carbon having a low specific gravity is removed, and finally the sediment becomes only a spheroid.
【0016】このようにして得られた球状体は銀灰色を
呈する真球に近い球であり、その直径は約10μm以上で
あり、2〜3mmのものもある。表面は微細な三角、四角、
六角形の平板な面で覆われた多角体であり、この面の元
素は炭素であった。内部はサブミクロンの大きさの炭素
と炭化物が混在した状態であることから、表面は炭素に
覆われ、内部は炭素とホウ化物が混在する複合体であ
る。この複合体の生成機構は先に提案した球状炭素−ホ
ウ化物系セラミックス複合体の場合と同様であろうと考
えられる。すなわち、球状炭素−ホウ化物系セラミック
ス複合材の場合、炭素とホウ化物セラミックスの混合粉
末を2400℃以上の温度で熱処理することにより、炭素と
接しているホウ化物がそのホウ化物の融点とは異なる温
度で溶融し、これに炭素が溶解すると共に、表面張力に
よって球形化し、冷却過程で炭素を析出するものであっ
た。本発明の場合、原料として酸化物または炭化物セラ
ミックスであるので、炭素、ホウ素化合物との混合物の
熱処理過程で、このセラミックスが炭素と反応して炭化
物になる点が異なる。酸化物と炭化物の融点を比較する
と、酸化物の方が低いので、酸化物が溶融して球形化
し、これに炭素が溶解すると共に、炭素と反応して炭化
物となり、冷却過程で炭素を析出すると思われる。The sphere obtained in this manner is a sphere close to a true sphere exhibiting a silver gray, and has a diameter of about 10 μm or more, and may have a diameter of 2 to 3 mm. The surface is a fine triangle, square,
It was a polygon covered by a hexagonal flat surface, and the element on this surface was carbon. Since the inside is a state in which carbon and carbide having a submicron size are mixed, the surface is covered with carbon, and the inside is a complex in which carbon and boride are mixed. It is considered that the formation mechanism of this composite is the same as that of the spherical carbon-boride ceramic composite proposed earlier. In other words, in the case of a spherical carbon-boride ceramic composite, by heat-treating a mixed powder of carbon and boride ceramics at a temperature of 2400 ° C. or higher, the boride in contact with carbon differs from the melting point of the boride. It was melted at a temperature, carbon was dissolved therein, and it became spherical due to surface tension, and carbon was precipitated during the cooling process. In the case of the present invention, since the raw material is an oxide or carbide ceramic, the difference is that this ceramic reacts with carbon to form a carbide during the heat treatment of the mixture with carbon and boron compounds. Comparing the melting points of oxide and carbide, the oxide is lower, so the oxide melts and spheroidizes, dissolves carbon in it, reacts with carbon to form carbide, and deposits carbon in the cooling process. Seem.
【0017】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳し
く説明する。なお、以下の実施例において酸化物および
炭化物セラミックスは化学式で示し、走査型電子顕微鏡
をSEM、透過型電子顕微鏡をTEM、X線マイクロアナライ
ザーをEPMAと略記する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In the following examples, oxides and carbide ceramics are represented by chemical formulas, a scanning electron microscope is abbreviated as SEM, a transmission electron microscope is abbreviated as TEM, and an X-ray microanalyzer is abbreviated as EPMA.
【0018】実施例1 本実施例は炭素と酸化物セラミックスおよびホウ酸から
球状体の生成状況を調べたものである。Example 1 In this example, the state of formation of a spherical body from carbon, oxide ceramics and boric acid was examined.
【0019】炭素粉末としてカーボンブラック(三菱化
学(株)製、ファーネスブラック#2300、平均粒子径15n
m)5gに酸化ジルコニウム(ZrO2、立方晶、平均粒子径3
μm)2.5g、ホウ酸(H3BO3)2.5gを加え、ビーカー中で十
分混合した。これを内径25mm、高さ30mmの黒鉛製ルツボ
に入れ、タンマン炉でアルゴン気流中、2000〜3000℃の
各温度に達するまで加熱し、1時間保持した後、冷却し
た。これをエタノール中に入れ、超音波振動で分散し、
短時間静置した後、上澄みを除き、沈降物に新しいエタ
ノールを上記と同様の操作を行った。この操作を5回繰
り返したところ、上澄み液がほとんど無色になったの
で、沈降物を100℃に加熱、乾燥した。Carbon black (furnace black # 2300, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, average particle size 15n)
m) 5 g of zirconium oxide (ZrO 2 , cubic, average particle size 3
μm) and 2.5 g of boric acid (H 3 BO 3 ) were added and mixed well in a beaker. This was placed in a graphite crucible having an inner diameter of 25 mm and a height of 30 mm, heated in a argon stream in a Tamman furnace until each temperature reached 2000 to 3000 ° C., kept for 1 hour, and cooled. Put this in ethanol, disperse by ultrasonic vibration,
After allowing to stand for a short time, the supernatant was removed, and fresh ethanol was added to the precipitate, and the same operation as above was performed. When this operation was repeated 5 times, the supernatant liquid became almost colorless, and the precipitate was heated to 100 ° C. and dried.
【0020】得られた沈降物をSEMで形状を観察した結
果を図1に示した。同図(a)に見られるように、2000お
よび2200℃で処理した沈降物は粉末状または微細粒子が
集合した不定形の塊状物であったが、同図(b)の2300℃
で処理したものは直径が約10μm〜1mmの真球に近い球状
体であり、3000℃で処理した場合にも同様の大きさおよ
び形状の球状体が生成した。FIG. 1 shows the result of observing the shape of the sediment obtained by SEM. As can be seen in FIG. 2 (a), the sediment treated at 2000 and 2200 ° C. was an amorphous mass in which powder or fine particles were aggregated.
Are spherical particles having a diameter of about 10 μm to 1 mm which are close to true spheres, and when treated at 3000 ° C., spherical particles having the same size and shape were formed.
【0021】[0021]
【図1】FIG.
【0022】図2は図1(b)の球状体を高倍率で拡大したS
EM写真であるが、球状体の表面は多角形であることが分
かる。この表面をSEMに付属したEDXで元素組成を分析し
たところ、炭素と少量のジルコニウムが検出され、線分
析の結果、多角形の平面の部分は炭素であり、多角形同
士が接した境界にジルコニウムが存在していた。また、
粉末X線回折の結果、黒鉛とホウ化ジルコニウム(ZrB2)
および炭化ジルコニウム(ZrC)に相当する回折線であ
った。FIG. 2 is an enlarged view of the spherical body of FIG.
The EM photograph shows that the surface of the spherical body is polygonal. When the elemental composition of this surface was analyzed with the EDX attached to the SEM, carbon and a small amount of zirconium were detected.As a result of the line analysis, the plane portion of the polygon was carbon, and the zirconium Existed. Also,
As a result of powder X-ray diffraction, graphite and zirconium boride (ZrB 2 )
And diffraction lines corresponding to zirconium carbide (ZrC).
【0023】[0023]
【図2】FIG. 2
【0024】球状体を樹脂に埋め込み、研磨した断面を
EPMAで炭素、ジルコニウムおよびホウ素の各元素の分布
を調べた。その結果、炭素とジルコニウムおよびホウ素
は別々の位置に、ジルコニウムとホウ素は同一に位置に
検出され、それぞれサブミクロンの大きさで、互いに混
在した状態であった。さらに、球状体を粉砕し、TEMで
観察したところ、不定形の板状粒子であった。この板状
粒子をTEMに付属したEDXで元素組成を分析したところ、
炭素とジルコニウムは別々の板状粒子から検出され、各
板状粒子の電子回折図形はスポットとなり、これから求
めた面間隔は黒鉛とZrB2およびZrCに相当するものであ
った。A sphere is embedded in a resin, and the polished cross section is
The distributions of carbon, zirconium and boron were examined by EPMA. As a result, carbon, zirconium, and boron were detected at different positions, and zirconium and boron were detected at the same position. Each of them had a submicron size and was mixed with each other. Further, when the spherical body was pulverized and observed with a TEM, it was found to be irregular plate-like particles. When the elemental composition of the plate-like particles was analyzed by EDX attached to the TEM,
Carbon and zirconium were detected from separate plate-like particles, and the electron diffraction pattern of each plate-like particle became a spot, and the interplanar spacing determined therefrom corresponded to graphite, ZrB 2 and ZrC.
【0025】以上の結果から、この球状体は表面は主と
して炭素で覆われ、内部は小片状の炭素とホウ化ジルコ
ニウムが混在した球状複合体であり、炭素とホウ化ジル
コニウムは結晶性に優れたものであることが分った。From the above results, this spherical body is a spherical composite in which the surface is mainly covered with carbon and the inside is a mixture of small pieces of carbon and zirconium boride. Carbon and zirconium boride have excellent crystallinity. It turned out to be something.
【0026】他の酸化物セラミックスとして酸化チタン
(TiO2、平均粒子径1μm)、酸化モリブデン(MoO2、平
均粒子径5μm)、酸化タンタル(Ta2O5、平均粒子径7μ
m)、酸化ニオブ(Nb2O5、平均粒子径5μm)、酸化タン
グステン(WO3、平均粒子径3μm)、酸化バナジウム(V
2O5、平均粒子径8μm)および酸化ランタン(La2O3、平
均粒子径6μm)を用い、上記と同様のカーボンブラック
5gに対して各酸化物セラミックス2.5gおよびホウ酸2.5g
を添加、混合したものを2000〜3000℃の範囲を100℃毎
に加熱し、1時間保持して熱処理した。ついで、エタノ
ールを比重液とした比重分別により沈降物を採取し、球
状体の生成状況を調べた。このようにして球状体が生成
した最低温度を生成温度として求めると共に、X線回折
法で結晶相を調べ表1にまとめて示した。なお、2種類
の酸化物セラミックスの混合物として、カーボンブラッ
ク5gに対して、TiO2とZrO2の各1.25gの混合物およびV2O
5とZrO2の各1.25gの混合物にホウ酸を2.5g添加した場合
についても同様に熱処理し、得られた沈降物について調
べ、結果を表1に併記した。As other oxide ceramics, titanium oxide (TiO 2 , average particle diameter 1 μm), molybdenum oxide (MoO 2 , average particle diameter 5 μm), tantalum oxide (Ta 2 O 5 , average particle diameter 7 μm)
m), niobium oxide (Nb 2 O 5 , average particle size 5 μm), tungsten oxide (WO 3 , average particle size 3 μm), vanadium oxide (V
The same carbon black as above using 2 O 5 , average particle diameter 8 μm) and lanthanum oxide (La 2 O 3 , average particle diameter 6 μm)
2.5 g of each oxide ceramic and 2.5 g of boric acid for 5 g
Was added and mixed, the mixture was heated in the range of 2000 to 3000 ° C. every 100 ° C., and kept for 1 hour for heat treatment. Next, sediment was collected by specific gravity fractionation using ethanol as a specific gravity liquid, and the state of formation of spheroids was examined. The minimum temperature at which the spherical body was formed in this way was determined as the formation temperature, and the crystal phase was examined by X-ray diffraction, and is shown in Table 1. As a mixture of two kinds of oxide ceramics, a mixture of 1.25 g each of TiO 2 and ZrO 2 and V 2 O
When 2.5 g of boric acid was added to a mixture of 1.25 g of each of 5 and ZrO 2 , the same heat treatment was carried out. The obtained precipitate was examined, and the results are shown in Table 1.
【0027】 表1 ────────────────────────────────── 実験 酸化物 生成温度 結晶相 ホウ酸の理論量 番号 (℃) (g) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1-1 TiO2 2500 C,TiB2,TiC 3.9 1-2 ZrO2 2300 C,ZrB2,ZrC 2.5 1-3 MoO2 2200 C,MoB2 2.4 1-4 Ta2O5 2300 C,TaB2 1.4 1-5 Nb2O5 2400 C,NbB2 2.3 1-6 WO3 2300 C,W2B5 1.7 1-7 V2O5 2200 C,VB2,V4C3 3.4 1-8 La2O3 × 1-9 TiO2+ZrO2 2400 C,(Ti,Zr)B,TiC,ZrC 1-10 V2O5+ZrO2 2300 C,VB2,ZrB2,ZrC ────────────────────────────────── Table 1 ────────────────────────────────── Experiment Oxide Formation Temperature Crystalline Theory of Boric Acid Quantity number (℃) (g) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1-1 TiO 2 2500 C, TiB 2 , TiC 3.9 1-2 ZrO 2 2300 C, ZrB 2 , ZrC 2.5 1-3 MoO 2 2200 C, MoB 2 2.4 1-4 Ta 2 O 5 2300 C, TaB 2 1.4 1-5 Nb 2 O 5 2400 C, NbB 2 2.3 1-6 WO 3 2300 C, W 2 B 5 1.7 1-7 V 2 O 5 2200 C, VB 2 , V 4 C 3 3.4 1-8 La 2 O 3 × 1-9 TiO 2 + ZrO 2 2400 C, (Ti, Zr) B, TiC, ZrC 1-10 V 2 O 5 + ZrO 2 2300 C, VB 2 , ZrB 2 , ZrC ─────────────── ───────────────────
【0028】この表から知られるように、La2O3の場合
を除いて生成温度は異なるが、いずれの酸化物からも球
状体が生成し、その形状は図2の場合と同様であった。
X線回折によって求めた結晶相は炭素(C)とそれぞれ
のホウ化物であったが、TiO2およびV2O5の場合は少量の
炭化チタンおよび炭化バナジウムが存在した。As can be seen from this table, the formation temperature is different except for the case of La 2 O 3 , but a spherical body was formed from any oxide, and the shape was similar to that of FIG. .
The crystal phases determined by X-ray diffraction were carbon (C) and respective borides, but in the case of TiO 2 and V 2 O 5 , a small amount of titanium carbide and vanadium carbide were present.
【0029】なお、2000℃の熱処理で得られた沈降物は
粉末または微細粒子集合体であったが、いずれの酸化物
でもホウ化物が生成していたことこから、球状体を生成
するときには主としてホウ化物であるといえる。La2O3
の場合、3000℃に熱処理しても球状体は生成せず、微細
粒子の集合体であり、その結晶相も酸化物、ホウ化物お
よび炭化物のいずれのX線回折線と一致せず、同定する
ことはできなかった。したがって、実験番号1-8は参考
例である。The precipitate obtained by the heat treatment at 2000 ° C. was a powder or an aggregate of fine particles, but boride was formed in any oxide. It can be said that it is a boride. La 2 O 3
In the case of, even when heat-treated at 3000 ° C., a spherical body is not generated, and it is an aggregate of fine particles, and its crystal phase does not match any of the X-ray diffraction lines of oxides, borides and carbides, and is identified I couldn't do that. Therefore, Experiment Nos. 1-8 are reference examples.
【0030】上述のように、ZrO2、TiO2およびV2O5の場
合、それぞれのホウ化物の他に炭化物が生成し、球状体
は炭素(黒鉛)、ホウ化物および炭化物から構成された
ものであった。炭化物が生成したのは酸化物が全量ホウ
化物に変換するために必要なホウ素量が不足したためと
考えられたので、酸化物2.5gが表1結晶相欄に記載
したホウ化物に変換するに要するホウ酸量を計算で求
め、その値を理論量として表1右欄に記載した。ZrO2で
は同量であったが、TiO2およびV2O5では少ない。そこ
で、カーボンブラック5g、ZrO2、TiO2およびV2O5を2.5g
とし、ホウ酸量を変えて混合し、2600℃で1時間熱処理
した。これをエタノールで比重分別して球状体を得た。
この球状体の結晶相をX線回折法で調べ、その結果を表
2に示す。As described above, in the case of ZrO 2 , TiO 2 and V 2 O 5 , carbides are formed in addition to the respective borides, and the spherical bodies are composed of carbon (graphite), borides and carbides. Met. It is considered that the carbide was generated because the amount of boron necessary for converting the oxide into boride was insufficient, so that 2.5 g of the oxide was converted into the boride described in the crystal phase column in Table 1. The required amount of boric acid was determined by calculation, and the value was described as a theoretical amount in the right column of Table 1. ZrO 2 had the same amount, but TiO 2 and V 2 O 5 had less. Therefore, 5 g of carbon black, 2.5 g of ZrO 2 , TiO 2 and V 2 O 5
The mixture was mixed while changing the amount of boric acid, and heat-treated at 2600 ° C. for 1 hour. This was fractionated with ethanol to obtain a spherical body.
The crystal phase of the sphere was examined by X-ray diffraction, and the results are shown in Table 2.
【0031】 表2 ───────────────────────────── 実験 酸化物 ホウ酸量 理論量に対 結晶相 番号 (g) する割合 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 2-1 ZrO2 3.0 1.20 ZrB2,ZrC 2-2 〃 3.5 1.40 ZrB2 2-3 TiO2 5.0 1.29 TiB2,TiC 2-4 〃 5.25 1.35 TiB2 2-5 〃 5.5 1.42 TiB2 2-6 V2O5 4.0 1.18 VB2,V4C3 2-7 〃 4.5 1.32 VB2 ───────────────────────────── Table 2 ───────────────────────────── Experiment Oxide Boric acid content Theoretical amount vs. crystal phase number (g)割 合 2-1 ZrO 2 3.0 1.20 ZrB 2 , ZrC 2-2 〃 3.5 1.40 ZrB 2 2-3 TiO 2 5.0 1.29 TiB 2 , TiC 2-4 〃 5.25 1.35 TiB 2 2-5 〃 5.5 1.42 TiB 2 2-6 V 2 O 5 4.0 1.18 VB 2 , V 4 C 3 2-7 〃 4.5 1.32 VB 2 ─────────────────────────────
【0032】この結果から、酸化物をすべてホウ化物に
変換させるために必要なホウ酸量は理論量に対して約
1.3倍量であることが分かる。From these results, it can be seen that the amount of boric acid required to convert all the oxides to boride is about 1.3 times the theoretical amount.
【0033】実施例2 本実施例はカーボンブラック、酸化物セラミックスにホ
ウ素化合物として炭化ホウ素(B4C)を用いたときの球
状体の生成状況を調べたものである。Example 2 In this example, the state of formation of a spherical body when boron carbide (B 4 C) was used as a boron compound for carbon black and oxide ceramics was examined.
【0034】炭素として実施例1と同様のカーボンブラ
ックを、酸化物セラミックスとして表1中の式量が最も
小さいTiO2と最も大きいWO3を用いた。B4Cは平均粒子径
が4μmものを用いた。カーボンブラック5gに対して表
3に示したTiO2またはWO3およびB4C量を添加、混合した
後、黒鉛製ルツボに入れ、タンマン炉でアルゴン気流
中、2600℃、1時間熱処理した。これを実施例1と同様
にしてエタノールを比重液とした比重分別法で沈降物を
得た。沈降物の形状をSEMで観察し、X線回折法で結晶
相を調べ、その結果を表3に示す。The same carbon black as in Example 1 was used as carbon, and TiO 2 and WO 3 with the smallest formula weight in Table 1 were used as oxide ceramics. B 4 C used had an average particle diameter of 4 μm. After adding and mixing the amounts of TiO 2 or WO 3 and B 4 C shown in Table 3 to 5 g of carbon black, the mixture was placed in a graphite crucible and heat-treated at 2600 ° C. for 1 hour in an argon stream with a Tamman furnace. In the same manner as in Example 1, a sediment was obtained by a specific gravity fractionation method using ethanol as a specific gravity liquid. The shape of the sediment was observed by SEM, and the crystal phase was examined by X-ray diffraction. The results are shown in Table 3.
【0035】 表3 ──────────────────────────── 実験 酸化物 B4C量 形状 結晶相 番号 種類 量(g) (g) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 2-1 TiO2 2.5 1.0 球状体 C,TiB2,TiC 2-2 〃 2.5 1.5 〃 C,TiB2 2-3 〃 3.0 1.5 〃 C,TiB2 2-4 〃 3.5 1.5 塊状 C,TiB2 2-5 WO3 2.5 0.8 球状体 C,W2B5 2-6 〃 3.0 0.8 〃 C,W2B5 2-7 〃 3.5 0.8 塊状 C,W2B5 2-8 〃 2.5 2.5 球状体 C,W2B5 ──────────────────────────── Table 3 ──────────────────────────── Experiment Oxide B 4 C amount Shape Crystal phase No. Type Amount (g) ( g) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 2-1 TiO 2 2.5 1.0 Spherical C, TiB 2 , TiC 2-2 〃 2.5 1.5 〃 C, TiB 2 2-3 〃 3.0 1.5 〃 C, TiB 2 2-4 〃 3.5 1.5 Lumped C, TiB 2 2-5 WO 3 2.5 0.8 Sphere C, W 2 B 5 2-6 〃 3.0 0.8 〃 C, W 2 B 5 2-7 〃 3.5 0.8 Lump C, W 2 B 5 2-8 〃 2.5 2.5 Spherical C, W 2 B 5 ───────────────── ───────────
【0036】この結果から、B4Cの場合でも、酸化物は
ホウ化物に変換し、球状体を生成した。球状体の形状は
図1および2と同様であった。また、カーボンブラック
に対する酸化物の量が多くなると黒鉛製ルツボ底部に丸
みのある塊状物となり、その上に粉状のカーボンブラッ
クが残存し、その中には少量の球状体が存在した。この
塊状物となるのは主としてカーボンブラックと酸化物の
量比であって、その比は0.6重量部以上であるといえ
る。したがって、実験番号2-4、2-7は参考例である。From these results, even in the case of B 4 C, the oxide was converted to a boride to form a sphere. The shape of the sphere was similar to FIGS. Further, when the amount of the oxide relative to the carbon black was increased, the graphite crucible became a rounded mass at the bottom, and powdered carbon black remained thereon, with a small amount of spheres present therein. What constitutes this lump is mainly the quantitative ratio of carbon black and oxide, and it can be said that the ratio is at least 0.6 part by weight. Therefore, Experiment Nos. 2-4 and 2-7 are reference examples.
【0037】比較例 本比較例は実施例1および実施例2の結果と比較とする
ため炭素とホウ化物セラミックスの熱処理による球状体
の生成状況を調べ、球状体が生成する最低温度(生成温
度)を求めたものである。Comparative Example In this comparative example, for comparison with the results of Examples 1 and 2, the state of formation of a spherical body by heat treatment of carbon and boride ceramics was examined, and the lowest temperature at which the spherical body was formed (forming temperature) It is what was asked.
【0038】炭素は実施例1と同様のカーボンブラック
を用い、ホウ化物セラミックスはホウ化チタン(TiB2、
平均粒子径5μm)、ホウ化ジルコニウム(ZrB2、平均粒
子径1.5μm)、ホウ化タンタル(TaB2、平均粒子径4μ
m)、ホウ化モリブデン(Mo2B5、平均粒子径4μm)、ホ
ウ化ニオブ(NbB2、平均粒子径3μm)、ホウ化バナジウ
ム(VB2、平均粒子径4μm)、ホウ化タングステン(W
B、平均粒子径3μm)およびホウ化ランタン(LaB6、平
均粒子径5μm)を用いた。As carbon, the same carbon black as in Example 1 was used, and boride ceramics were titanium boride (TiB 2 ,
Average particle diameter 5μm), zirconium boride (ZrB 2 , average particle diameter 1.5μm), tantalum boride (TaB 2 , average particle diameter 4μ)
m), molybdenum boride (Mo 2 B 5 , average particle size 4 μm), niobium boride (NbB 2 , average particle size 3 μm), vanadium boride (VB 2 , average particle size 4 μm), tungsten boride (W
B, average particle diameter 3 μm) and lanthanum boride (LaB 6 , average particle diameter 5 μm) were used.
【0039】カーボンブラック5gに対してホウ化物セラ
ミックス粉末をそれぞれ5g添加し、混合した。これを黒
鉛製ルツボに入れ、アルゴン気流中、2000〜3000℃の温
度範囲を100℃毎に加熱し、1時間保持して熱処理し
た。この熱処理物をエタノールを比重液とした比重分別
法で沈降物を得た。5 g of boride ceramic powder was added to 5 g of carbon black and mixed. This was placed in a graphite crucible, and heated in a stream of argon at a temperature range of 2000 to 3000 ° C. every 100 ° C., and kept for 1 hour for heat treatment. A precipitate was obtained from the heat-treated product by a specific gravity fractionation method using ethanol as a specific gravity liquid.
【0040】沈降物をSEMで形状を観察し、球状体が生
成した最低温度(生成温度)を求め、まとめて表4に示
す。さらに、粉末X線回折法により球状体の結晶相を調
べ、その結果も合わせて表4に示した。The sediment was observed for its shape by SEM, and the lowest temperature (formation temperature) at which a spherical body was formed was obtained. Further, the crystal phase of the spherical body was examined by a powder X-ray diffraction method, and the results are shown in Table 4.
【0041】 表4 ─────────────────────────── 実験番号 ホウ化物 生成温度(℃) 結晶相 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ R-1 TiB2 2700 C,TiB2 R-2 ZrB2 2500 C,ZrB2 R-3 TaB2 2600 C,TaB2 R-4 Mo2B5 2400 C,MoB2 R-5 NbB2 2700 C,NbB2 R-6 VB2 2500 C,VB2 R-7 WB 2600 C,WB R-8 LaB6 2400 C,LaB6 ─────────────────────────── Table 4 ─────────────────────────── Experiment No. Boride formation temperature (° C.) Crystal phase ━━━━━━━ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ R-1 TiB 2 2700 C, TiB 2 R-2 ZrB 2 2500 C, ZrB 2 R-3 TaB 2 2600 C, TaB 2 R-4 Mo 2 B 5 2400 C, MoB 2 R-5 NbB 2 2700 C, NbB 2 R-6 VB 2 2500 C, VB 2 R-7 WB 2600 C, WB R-8 LaB 6 2400 C, LaB 6 ───────────────────────────
【0042】生成した球状体の形状はいずれのホウ化物
の場合も図1bおよび図2と同様であり、表面は多角形
で覆われ、EDXによる元素分析から炭素(C)であり、多
角形の接している部分に少量の各ホウ化物の金属が検出
された。内部はEPMAによる炭素、金属およびホウ素の分
布からサブミクロンの小片状の炭素とホウ化物が混在し
た構造であり、小片状の炭素およびホウ化物のTEMによ
る電子回折像および球状体の粉末X線回折線から炭素お
よびホウ化物共に結晶性に優れたものであった。The shape of the formed spheres is the same as that of FIGS. 1b and 2 for any of the borides. The surface is covered with a polygon, and the elemental analysis by EDX shows carbon (C). A small amount of each boride metal was detected at the contacting part. The inside has a structure in which submicron flake-like carbon and boride are mixed due to the distribution of carbon, metal and boron by EPMA. Electron diffraction image of flake-like carbon and boride by TEM and powder X of spherical body From the X-ray diffraction line, both carbon and boride were excellent in crystallinity.
【0043】表3の結果と実施例1(表1)および実施
例2(表3)の結果を比較すると、LaB6の場合を除い
て、いずれのホウ化物の場合も球状体が生成する温度が
高いことが分る。換言すれば、出発原料として酸化物お
よび炭化物セラミックスとホウ酸を用いた方が低い温度
で球状体を生成することが知られた。LaB6の場合は球状
体が生成したが、La2O3とホウ酸からは3000℃まで熱処
理しても球状体は生成しなかったので、炭素−LaB6球状
複合体を製造するためにはLaB6を出発原料とする以外に
方法はないといえる。なお、球状体の形状および構造は
出発原料によらず同一であった。Comparing the results of Table 3 with the results of Example 1 (Table 1) and Example 2 (Table 3), the temperature at which spheroids are formed in any boride except for LaB 6 Is higher. In other words, it has been known that when oxides and carbide ceramics and boric acid are used as starting materials, a spherical body is formed at a lower temperature. Although the case of LaB 6 was generated spheroids so be heat-treated to 3000 ° C. from La 2 O 3 and boric acid spheroids did not produce, in order to produce the carbon -LaB 6 spherical composite is It can be said that there is no other method than LaB 6 as a starting material. The shape and structure of the sphere were the same regardless of the starting material.
【0044】実施例3 本実施例は炭素と炭化物セラミックスおよびホウ酸から
球状体の生成状況を調べたものである。Example 3 In this example, the state of formation of spheres from carbon, carbide ceramics and boric acid was examined.
【0045】炭素は実施例1と同様のカーボンブラック
を用いた。炭化物セラミックスは炭化チタン(TiC、平
均粒子径8μm)、炭化ジルコニウム(ZrC、平均粒子径5
μm)、炭化モリブデン(MoC、Mo2C、平均粒子径6μ
m)、炭化タンタル(TaC、平均粒子径5μm)、炭化ニオ
ブ(NbC、平均粒子径6μm)、炭化バナジウム(VC、平
均粒子径4μm)、炭化タングステン(WC、平均粒子径3
μm)、および炭化ハフニウム(HfC、平均粒子径5μm)
であり、さらに、TiCとZrCの1:1(重量比)の混合物
およびZrCとWCの1:1(重量比)の混合物を用いた。As carbon, the same carbon black as in Example 1 was used. Carbide ceramics include titanium carbide (TiC, average particle size 8 μm), zirconium carbide (ZrC, average particle size 5
μm), molybdenum carbide (MoC, Mo 2 C, average particle diameter 6μ)
m), tantalum carbide (TaC, average particle diameter 5 μm), niobium carbide (NbC, average particle diameter 6 μm), vanadium carbide (VC, average particle diameter 4 μm), tungsten carbide (WC, average particle diameter 3
μm), and hafnium carbide (HfC, average particle size 5 μm)
Further, a 1: 1 (weight ratio) mixture of TiC and ZrC and a 1: 1 (weight ratio) mixture of ZrC and WC were used.
【0046】カーボンブラック5gに対して炭化物セラミ
ックス2.5g、ホウ酸2.5gを添加し、ビーカー中でよく混
合した後、実施例1と同様にして、タンマン炉で2000〜
3000℃の範囲を100℃単位で加熱し、それぞれの温度で
1時間保持して熱処理した。これをエタノールを比重液
とした比重分別法で沈降物を得た。この沈降物をSEMで
形状を観察して球状体を生成した最低温度(生成温度)
を求めると共に、X線回折法で結晶相を調べた。得られ
た結果をまとめて表5に示す。2.5 g of carbide ceramics and 2.5 g of boric acid were added to 5 g of carbon black, and mixed well in a beaker.
A range of 3000 ° C. was heated in units of 100 ° C., and each temperature was maintained for 1 hour for heat treatment. The precipitate was obtained by a specific gravity fractionation method using ethanol as a specific gravity liquid. The lowest temperature at which a spherical body was formed by observing the shape of this sediment by SEM (generation temperature)
And the crystal phase was examined by X-ray diffraction. Table 5 summarizes the obtained results.
【0047】 表5 ────────────────────────── 実験番号 炭化物 生成温度 結晶相 ホウ酸の (℃) (℃) 理論量(g) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 4-1 TiC 2700 C,TiB2,TiC 5.15 4-2 ZrC 2300 C,ZrB2,ZrC 3.00 4-3 TaC 2600 C,TaB2 1.60 4-4 Mo2C 2200 C,MoB2,MoB (2.88) 4-5 MoC 2200 C,MoB2 2.88 4-6 NbC 2700 C,NbB2,NbC 2.95 4-7 WC 2200 C,W2B5 1.98 4-8 VC 2400 C,VB2,V4C3 4.93 4-9 HfC 2700 C,HfB2 1.63 ────────────────────────── Table 5 ────────────────────────── Experiment No. Carbide Formation temperature Crystal phase Boric acid (° C) (° C) Theoretical amount ( g) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 4-1 TiC 2700 C, TiB 2 , TiC 5.15 4-2 ZrC 2300 C, ZrB 2 , ZrC 3.00 4-3 TaC 2600 C, TaB 2 1.60 4-4 Mo 2 C 2200 C, MoB 2, MoB (2.88) 4-5 MoC 2200 C, MoB 2 2.88 4-6 NbC 2700 C, NbB 2, NbC 2.95 4-7 WC 2200 C, W 2 B 5 1.98 4-8 VC 2400 C, VB 2 , V 4 C 3 4.93 4-9 HfC 2700 C, HfB 2 1.63 ───────────── ─────────────
【0048】いずれの炭化物の場合も2700℃以上の熱処
理で球状体が生成したが、最も低い温度で球状体が生成
するのはMo2C,MoCおよびWCであり、その温度は2200℃で
あった。この球状体が生成する温度は表1に示した酸化
物の場合と比較して、必ずしも同一温度ではないが、傾
向は同様であり、生成機構は同じであると考えられる。
すなわち、2000℃の熱処理物はいずれの炭化物の場合も
微細粒子の集合体であったが、このX線回折から、表1
の酸化物の場合と同様にすでにホウ化物が生成していた
ことから、球状体が生成するときにはホウ化物と炭化物
であると考えられる。また、炭化物が存在するのは表1
結晶相の欄に記載したホウ化物となるに十分なホウ素量
が存在しなかった場合である。なお,実験番号4-4の場
合、生成したホウ化物がMoB2とMoBであり、その量比は
不明であったので、ホウ酸の理論量はMoB2として計算し
た。In the case of any of the carbides, spherical bodies were formed by heat treatment at 2700 ° C. or higher. However, spherical bodies were formed at the lowest temperature in Mo 2 C, MoC and WC, and the temperature was 2200 ° C. Was. The temperature at which the spheres are formed is not necessarily the same as that of the oxides shown in Table 1, but the tendency is the same, and the formation mechanism is considered to be the same.
That is, the heat-treated product at 2000 ° C. was an aggregate of fine particles in any of the carbides.
Since the boride has already been generated as in the case of the oxide of the above, it is considered that when the spherical body is formed, it is a boride and a carbide. Table 1 shows that carbides are present.
This is the case where there was not a sufficient amount of boron to become the boride described in the column of the crystal phase. In the case of Experiment No. 4-4, the generated borides were MoB 2 and MoB, and the quantitative ratio was unknown. Therefore, the theoretical amount of boric acid was calculated as MoB 2 .
【0049】生成した球状体の形状は図2と同様であ
り、特に違いは認められなかった。また、構造をEPMAと
TEMで調べた結果、表面は黒鉛で覆われ、内部は炭素
(黒鉛)とサブミクロンの大きさのホウ化物が、結晶相
で炭化物が存在した場合は炭化物が混在した構造であっ
た。この構造は実施例1の酸化物の場合と同様であっ
た。The shape of the spherical body thus produced was the same as in FIG. 2, and no particular difference was observed. Also, the structure is EPMA
As a result of examination by TEM, the surface was covered with graphite, and the inside had a structure in which carbon (graphite) and boride having a submicron size were present, and in the case where carbide was present in the crystal phase, carbide was mixed. This structure was similar to that of the oxide of Example 1.
【0050】実施例4 本実施例は球状体の炭化物が全量ホウ化物に変換するに
必要なホウ酸量を求めたものである。Example 4 In this example, the amount of boric acid required for converting all of the spherical carbide to boride was determined.
【0051】炭素は実施例1と同様のカーボンブラッ
ク、炭化物はZrCであり、各々2.5gとした。これらにホ
ウ酸を3.5、3.8、4.0および4.5g加え、ビーカー中でよ
く混合した。これを黒鉛製ルツボに入れ、アルゴン気流
中、2600℃まで加熱し、60分間保持して熱処理した。こ
の処理物をエタノールで比重分別し、沈降物を得た。こ
の沈降物の形状をSEMで観察したところ、すべて真球
に近い球状体であった。X線回折法で結晶相を調べ、表
6に結果を示す。The carbon was carbon black as in Example 1, and the carbide was ZrC, each weighing 2.5 g. To these, 3.5, 3.8, 4.0 and 4.5 g of boric acid were added and mixed well in a beaker. This was placed in a graphite crucible, heated to 2600 ° C. in an argon stream, and held for 60 minutes for heat treatment. This treated product was fractionated with ethanol to obtain a sediment. When the shape of the sediment was observed by SEM, it was found that all of the sediment was a spherical body close to a true sphere. The crystal phase was examined by X-ray diffraction, and the results are shown in Table 6.
【0052】 表6 ────────────────────────────── 実験番号 ホウ酸量 理論量に対する 結晶相 (g) 割合 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 5-1 3.5 1.17 C,ZrB2,ZrC 5-2 3.8 1.27 C,ZrB2,ZrC(微量) 5-3 4.0 1.35 C,ZrB2 5-4 4.5 1.50 C,ZrB2 ────────────────────────────── Table 6 ────────────────────────────── Experiment No. Amount of boric acid Crystalline phase (g) ratio to stoichiometric amount ━ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 5-1 3.5 1.17 C, ZrB 2 , ZrC 5-2 3.8 1.27 C, ZrB 2 , ZrC (trace) 5-3 4.0 1.35 C, ZrB 2 5-4 4.5 1.50 C, ZrB 2 ──────────────────────────── ──
【0053】この結果から、ZrC全量をZrB2に変換させ
るためのホウ酸量は理論量に対して約1.3倍量である
ことが分った。From these results, it was found that the amount of boric acid for converting the total amount of ZrC to ZrB 2 was about 1.3 times the theoretical amount.
【0054】実施例5 本実施例は球状体を生成するに必要な炭素と炭化物の量
を求めたものである。Example 5 In this example, the amounts of carbon and carbide necessary for forming a spherical body were determined.
【0055】表4に示した炭化物のうち、式量および比
重の最も大きいWCを、また、ホウ素化合物としてB4Cを
用いた。Among the carbides shown in Table 4, WC having the highest formula weight and specific gravity was used, and B 4 C was used as the boron compound.
【0056】実施例1と同様のカーボンブラック5gに対
してWCを5、6、8、10、12および14gとWCを全量W2B5に変
換するのに必要な理論量の1.4倍量のB4C、すなわち、1.
26、1.51、2.02、2.52、3.02および3.52gを添加し、混
合した。これを黒鉛製ルツボに入れ、アルゴン気流中、
2600℃で1時間熱処理した。そして、この熱処理物と熱
処理物を取り出した後のルツボの状況を調べた。その結
果、WC量が10g以下ではルツボの底に1〜3個の球状体
が固着した状況であったが,12g以上になるとその量が
急激に増加し、底部のほぼ全面に、14gでは底部と壁部
にも固着した状況であった。ルツボに固着したものが多
くなると、当然、球状体の収率が低下するので、WCの量
は底部にほとんど固着しない10g以下であることが分っ
た。WC is 5, 6, 8, 10, 12 and 14 g with respect to 5 g of the same carbon black as in Example 1, and the amount of WC is 1.4 times the theoretical amount required to convert the total amount of WC to W 2 B 5 . B 4 C, i.e. 1.
26, 1.51, 2.02, 2.52, 3.02 and 3.52 g were added and mixed. Put this in a graphite crucible and in an argon stream,
Heat treatment was performed at 2600 ° C. for 1 hour. Then, the heat-treated product and the state of the crucible after removing the heat-treated product were examined. As a result, when the WC amount was 10 g or less, one to three spheres were fixed to the bottom of the crucible, but when the WC amount was 12 g or more, the amount increased rapidly, and almost at the entire bottom part, and at 14 g, the bottom part became small. And it was also stuck to the wall. When the amount of the WC adhered to the crucible increases, the yield of the spheres naturally decreases. Therefore, it was found that the amount of WC was 10 g or less, which hardly adhered to the bottom.
【0057】ルツボから回収した熱処理物をエタノール
で比重分別して得た沈降物をSEMで観察したところ、WC
の量によらず球状体であり、その大きさは10〜20μmと
ほぼ同じであり、特に大きなものは認められなかった。
また、X線回折法で調べた結晶相はいずれの球状体もW2
B5であった。The heat-treated product recovered from the crucible was subjected to specific gravity fractionation with ethanol, and the precipitate obtained was observed by SEM.
, Regardless of the amount of the particles, the size was almost the same as 10 to 20 μm, and no particularly large one was observed.
The crystal phase examined by the X-ray diffraction method was W 2
It was B 5.
【0058】[0058]
【発明の効果】ホウ化物セラミックスと比較して安価な
酸化物および炭化物セラミックスとホウ酸等のホウ素化
合物を炭素粉末と混合、熱処理することにより、ホウ化
物セラミックスの場合よりも低温処理で球状の炭素−ホ
ウ化物セラミックス複合体が製造される。According to the present invention, by mixing a boron compound such as boric acid and an oxide or carbide ceramic, which is less expensive than boride ceramics, with carbon powder and subjecting the mixture to heat treatment, spherical carbon can be formed at a lower temperature than in the case of boride ceramics. A boride ceramic composite is produced.
【図1】 実施例1の炭素、酸化ジルコニウム、ホウ酸
を混合し、熱処理した生成物の走査型電子顕微鏡写真。
(a)熱処理温度2000℃、(b)2300℃。(倍
率50倍)FIG. 1 is a scanning electron micrograph of a product obtained by mixing and heat-treating carbon, zirconium oxide, and boric acid of Example 1.
(A) Heat treatment temperature 2000 ° C, (b) 2300 ° C. (50x magnification)
【図2】 実施例1の炭素、酸化ジルコニウム、ホウ酸
を混合し、2300℃で熱処理した生成物を拡大した走
査型電子顕微鏡写真。(倍率1000倍)FIG. 2 is an enlarged scanning electron micrograph of a product obtained by mixing carbon, zirconium oxide, and boric acid of Example 1 and heat-treating the mixture at 2300 ° C. (1000x magnification)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−257920(JP,A) 特開 昭60−118671(JP,A) 特開 平2−38365(JP,A) 特表 昭57−501377(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/52 C04B 35/58 105Continuation of the front page (56) References JP-A-7-257920 (JP, A) JP-A-60-118671 (JP, A) JP-A-2-38365 (JP, A) Special table 57-501377 (JP, A) , A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 35/52 C04B 35/58 105
Claims (4)
の酸化物セラミックスと酸化物セラミックスがホウ化物
セラミックスに変換するのに必要なホウ素量の1.3倍
量以上のホウ素化合物を混合し、2200℃以上、かつ
球状体形成可能な温度以上で熱処理することを特徴とす
る炭素−ホウ化物セラミックス球状複合体の製造方法。1. An oxide ceramic of not more than 0.6 parts by weight and a boron compound of not less than 1.3 times the amount of boron necessary for converting oxide ceramics to boride ceramics per part by weight of carbon. A method for producing a carbon-boride ceramic spherical composite, comprising mixing and heat-treating at a temperature of 2200 ° C. or higher and a temperature at which a spherical body can be formed.
ボンブラック、コークスおよびその熱処理物または天然
黒鉛であり、酸化物セラミックスは平均粒子径が10μ
m以下の酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、
酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブおよび
酸化タングステンであり、ホウ素化合物はホウ酸、酸化
ホウ素および炭化ホウ素であることを特徴とする請求項
1の炭素−ホウ化物セラミックス球状複合体の製造方
法。2. Carbon is carbon black having an average particle diameter of 10 μm or less, coke and its heat-treated product or natural graphite, and oxide ceramics has an average particle diameter of 10 μm.
m or less of molybdenum oxide, titanium oxide, tantalum oxide,
The method for producing a carbon-boride ceramic spherical composite according to claim 1, wherein zirconium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, and tungsten oxide are used, and the boron compound is boric acid, boron oxide, and boron carbide.
化物セラミックスと炭化物セラミックスがホウ化物セラ
ミックスに変換するのに必要なホウ素量の1.3倍量以
上のホウ素化合物を混合し、2200℃以上、かつ球状
体形成可能な温度以上で熱処理することを特徴とする炭
素−ホウ化物セラミックス球状複合体の製造方法。3. A mixture of a carbide ceramic of not more than 2 parts by weight and a boron compound of not less than 1.3 times the amount of boron necessary for converting the carbide ceramic into boride ceramics per 1 part by weight of carbon, A method for producing a carbon-boride ceramics spherical composite, wherein the heat treatment is performed at a temperature of at least ℃ and a temperature at which a sphere can be formed.
ボンブラック、コークスおよびその熱処理物または天然
黒鉛であり、炭化物セラミックスは平均粒子径が10μ
m以下の炭化モリブデン、炭化チタン、炭化タンタル、
炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化
タングステンおよび炭化ハフニウムであり、ホウ素化合
物はホウ酸、酸化ホウ素および炭化ホウ素であることを
特徴とする請求項3の炭素−ホウ化物セラミックス球状
複合体の製造方法。4. Carbon is carbon black, coke and its heat-treated product or natural graphite having an average particle size of 10 μm or less, and carbide ceramics has an average particle size of 10 μm.
m or less of molybdenum carbide, titanium carbide, tantalum carbide,
The method for producing a carbon-boride ceramic spherical composite according to claim 3, wherein zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tungsten carbide and hafnium carbide, and the boron compound is boric acid, boron oxide and boron carbide. .
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---|---|---|---|
JP7254650A JP2818859B2 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Method for producing carbon-boride ceramic spherical composite |
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JPH0971465A JPH0971465A (en) | 1997-03-18 |
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EP2852552A4 (en) * | 2012-05-01 | 2016-03-09 | Government Of The U S A As Represented By The Secretary Of The Navy | Formation of boron carbide-boron nitride carbon compositions |
JP6648161B2 (en) * | 2016-01-27 | 2020-02-14 | 第一稀元素化学工業株式会社 | Zirconium boride and method for producing the same |
-
1995
- 1995-09-05 JP JP7254650A patent/JP2818859B2/en not_active Expired - Lifetime
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