JP3177278B2 - 低融点金属の直接窒化処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、融点が低い金属、すな
わち、通常はその窒化温度以下の温度で溶融可能な金属
を直接窒化処理して、窒化物またはオキシ窒化物もしく
はオキシ炭窒化物などの窒化物質を製造する方法に関
し、例えば、Ａｌ窒化物またはＭｇ窒化物の製造に適用
できる。
わち、通常はその窒化温度以下の温度で溶融可能な金属
を直接窒化処理して、窒化物またはオキシ窒化物もしく
はオキシ炭窒化物などの窒化物質を製造する方法に関
し、例えば、Ａｌ窒化物またはＭｇ窒化物の製造に適用
できる。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌなどの低融点金属の窒化物は、一般
に、酸化物（例えば、アルミナ）を高温で炭窒化反応さ
せることにより得られる。そのような反応は一般に吸熱
反応であってエネルギーを消費し、通常は、約１７００
℃の連続炉またはバッチ操作用の炉の中で行われる。純
粋な物質を得るためには、変換を完全に行い、副反応を
防止すべく、これらの炉は非常に鋭敏な温度プロフィー
ルを示すように複雑になることが多い。それら装置は重
要であるが、コストが高い。
に、酸化物（例えば、アルミナ）を高温で炭窒化反応さ
せることにより得られる。そのような反応は一般に吸熱
反応であってエネルギーを消費し、通常は、約１７００
℃の連続炉またはバッチ操作用の炉の中で行われる。純
粋な物質を得るためには、変換を完全に行い、副反応を
防止すべく、これらの炉は非常に鋭敏な温度プロフィー
ルを示すように複雑になることが多い。それら装置は重
要であるが、コストが高い。
【０００３】このため、本発明者らは、直接合成による
方法の開発を行った。
方法の開発を行った。
【０００４】しかし、例えば出発物質としてＡｌおよび
Ｎ2 を使用するこの種の直接窒化処理は非常に困難であ
る。実際、そのような直接窒化処理は、Ａｌの融点より
高い温度で行われなければならず、粉末状金属は、固体
状態ではかなり容易に窒化物を形成するが、液体状態で
窒化処理することは非常に困難である。つまり、液状金
属を直接に完全に金属処理するための簡単な技術的方法
は知られていない。
Ｎ2 を使用するこの種の直接窒化処理は非常に困難であ
る。実際、そのような直接窒化処理は、Ａｌの融点より
高い温度で行われなければならず、粉末状金属は、固体
状態ではかなり容易に窒化物を形成するが、液体状態で
窒化処理することは非常に困難である。つまり、液状金
属を直接に完全に金属処理するための簡単な技術的方法
は知られていない。
【０００５】
【発明の開示】本発明は、比較的融点の低い微粉末金属
を窒素含有ガスによって直接窒化処理する方法におい
て、少なくとも一種類の該金属の粉末を溶融しない耐火
粉末と混合し、この混合物を、窒素含有ガスの雰囲気下
且つほぼ大気圧下にて、該金属の急速な発熱窒化反応が
開始するまで加熱し、一般には該金属の融点より高い温
度で、明白な溶融が観察されることなく進行するこの反
応を、該金属全部が消費されるまで続けることにより、
粉砕が容易で、金属窒化物または金属オキシ窒化物をベ
ースとする高多孔性の固体塊を得ることを特徴とするも
のである。
を窒素含有ガスによって直接窒化処理する方法におい
て、少なくとも一種類の該金属の粉末を溶融しない耐火
粉末と混合し、この混合物を、窒素含有ガスの雰囲気下
且つほぼ大気圧下にて、該金属の急速な発熱窒化反応が
開始するまで加熱し、一般には該金属の融点より高い温
度で、明白な溶融が観察されることなく進行するこの反
応を、該金属全部が消費されるまで続けることにより、
粉砕が容易で、金属窒化物または金属オキシ窒化物をベ
ースとする高多孔性の固体塊を得ることを特徴とするも
のである。
【０００６】本発明に係る金属は、一般に、その金属が
窒素含有ガスによって窒化処理される温度よりも低い
か、その温度付近の融点を有するものである。しかし、
拡張して、本発明は、窒化処理温度よりも高い融点を有
する金属にも関する。該金属の直接窒化処理によって局
部的に過加熱が生じ、金属の局部的な溶融現象が起こる
ので、金属は、更に窒化処理されないで、最終窒化物内
では金属状態となり、そのグレード（純度）が有意に変
化する。
窒素含有ガスによって窒化処理される温度よりも低い
か、その温度付近の融点を有するものである。しかし、
拡張して、本発明は、窒化処理温度よりも高い融点を有
する金属にも関する。該金属の直接窒化処理によって局
部的に過加熱が生じ、金属の局部的な溶融現象が起こる
ので、金属は、更に窒化処理されないで、最終窒化物内
では金属状態となり、そのグレード（純度）が有意に変
化する。
【０００７】使用する窒素含有ガスとしては、窒素、ア
ンモニアまたはヒドラジンの単一物質、混合物、または
不活性ガスもしくは還元ガスで希釈されたものが挙げら
れる。
ンモニアまたはヒドラジンの単一物質、混合物、または
不活性ガスもしくは還元ガスで希釈されたものが挙げら
れる。
【０００８】従って、本発明では、金属粉末を、溶融し
ないか、窒化反応温度に比べてかなり高い温度の融点を
有するかどちらかの耐火粉末と混合する。
ないか、窒化反応温度に比べてかなり高い温度の融点を
有するかどちらかの耐火粉末と混合する。
【０００９】この粉末混合物は、まず、窒素含有ガス流
の下、且つ大気圧付近の圧力下で窒化反応がバッチの少
なくとも一ヵ所で始まるような温度でする。この反応
は、一般に、金属の融点より高い温度で始まる。この反
応は急速かつ発熱的であり、外部から熱を供給する必要
なくそれだけで続行する。もっとも、そのような熱の供
給は、その反応の均一性を向上させるためには有用であ
る。しかし、圧力を大気圧付近で大気圧より高くするこ
とにより、周囲空気が反応室に戻るのを防いだり、出発
混合物温度の上昇を促進することができる。
の下、且つ大気圧付近の圧力下で窒化反応がバッチの少
なくとも一ヵ所で始まるような温度でする。この反応
は、一般に、金属の融点より高い温度で始まる。この反
応は急速かつ発熱的であり、外部から熱を供給する必要
なくそれだけで続行する。もっとも、そのような熱の供
給は、その反応の均一性を向上させるためには有用であ
る。しかし、圧力を大気圧付近で大気圧より高くするこ
とにより、周囲空気が反応室に戻るのを防いだり、出発
混合物温度の上昇を促進することができる。
【００１０】反応開始時または反応中に得られる温度
は、通常、金属の融点よりも高いが、金属と耐火物質と
の間の割合が正しい場合は、該混合物のはっきりとした
溶融は観察されない。
は、通常、金属の融点よりも高いが、金属と耐火物質と
の間の割合が正しい場合は、該混合物のはっきりとした
溶融は観察されない。
【００１１】窒化反応が急速で発熱的であるため、その
反応が激しくなる（このとき、得られる物質の品質に害
を及ぼす可能性がある）のを防ぐために、一般に、反応
温度は、窒素含有ガスの流速を調整することにより、コ
ントロールする。場合によっては、反応温度が生成する
窒化物の解離温度に達するのを防ぐために、反応温度の
制限が不可欠である。
反応が激しくなる（このとき、得られる物質の品質に害
を及ぼす可能性がある）のを防ぐために、一般に、反応
温度は、窒素含有ガスの流速を調整することにより、コ
ントロールする。場合によっては、反応温度が生成する
窒化物の解離温度に達するのを防ぐために、反応温度の
制限が不可欠である。
【００１２】ガス流は、炉の中の混合物上を通過させる
か、好ましくはその混合物に浸透させることにより、反
応中の粒子の凝集を防ぐことが可能である。
か、好ましくはその混合物に浸透させることにより、反
応中の粒子の凝集を防ぐことが可能である。
【００１３】生成物は、耐火支持体と混合または化合し
た窒化物の形態で得られる。それは、多かれ少なかれ凝
集した、機械的強度を持たない高多孔性固体塊状であ
る。孔の体積は５０％をかなり超えており、孔の直径
は、出発粉末の粒子の大きさに依存して、１μｍ〜２０
０μｍの範囲である。粒子間の結合はあまり強くなく、
例えば簡単な粉砕または簡単な粉砕によって、該塊を容
易に粉末状にすることが可能である。
た窒化物の形態で得られる。それは、多かれ少なかれ凝
集した、機械的強度を持たない高多孔性固体塊状であ
る。孔の体積は５０％をかなり超えており、孔の直径
は、出発粉末の粒子の大きさに依存して、１μｍ〜２０
０μｍの範囲である。粒子間の結合はあまり強くなく、
例えば簡単な粉砕または簡単な粉砕によって、該塊を容
易に粉末状にすることが可能である。
【００１４】本発明に係る直接窒化処理に特に価値のあ
る金属は、特にＡｌ，ＭｇおよびＳｉ（この金属は、そ
の窒化処理中に局部的な溶融を受け得る）であり、一般
には、アルカリ土類金属、それらの合金またはそれらの
混合物であり、特に低温で溶融し得るものである。
る金属は、特にＡｌ，ＭｇおよびＳｉ（この金属は、そ
の窒化処理中に局部的な溶融を受け得る）であり、一般
には、アルカリ土類金属、それらの合金またはそれらの
混合物であり、特に低温で溶融し得るものである。
【００１５】耐火支持体の幾何学的表面は、大きさが十
分であり、窒化処理を所望する液体金属によって湿潤可
能でなければならない。このため、耐火支持体は、多少
細粉状であることが不可欠である。
分であり、窒化処理を所望する液体金属によって湿潤可
能でなければならない。このため、耐火支持体は、多少
細粉状であることが不可欠である。
【００１６】耐火支持体の性質は、窒化処理すべき金属
と反応しないよう選択しなければならない。一方、反応
中に生成する窒化物は、耐火支持体と化合して、その反
応条件下で不溶融性の化合物（例えば、オキシ窒化物）
となる。
と反応しないよう選択しなければならない。一方、反応
中に生成する窒化物は、耐火支持体と化合して、その反
応条件下で不溶融性の化合物（例えば、オキシ窒化物）
となる。
【００１７】すなわち、あらゆる種類の耐火支持体、例
えば、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 および苦
灰石………などの耐火酸化物、窒化物（ＡｌＮおよびＳ
ｉ3 Ｎ4 など）、炭化物、ホウ化物、オキシ窒化物、オ
キシ炭化物、オキシ炭窒化物ならびにそれらの耐火混合
物を使用することができる。
えば、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 および苦
灰石………などの耐火酸化物、窒化物（ＡｌＮおよびＳ
ｉ3 Ｎ4 など）、炭化物、ホウ化物、オキシ窒化物、オ
キシ炭化物、オキシ炭窒化物ならびにそれらの耐火混合
物を使用することができる。
【００１８】該耐火支持体の粒子の大きさは、一般に６
００μｍ未満である。窒化処理すべき金属の粒子の大き
さは、通常２mmを超えず、好ましくは１mm未満である。
その粒子の大きさは、窒化処理すべき金属の融点が低い
ほど、大きくてもよい。例えは、Ａｌ粒子は１．２mmま
ででもよいが、かなり高い温度で溶融するＳｉの場合
は、０．１６mmを超えないのが好ましい。
００μｍ未満である。窒化処理すべき金属の粒子の大き
さは、通常２mmを超えず、好ましくは１mm未満である。
その粒子の大きさは、窒化処理すべき金属の融点が低い
ほど、大きくてもよい。例えは、Ａｌ粒子は１．２mmま
ででもよいが、かなり高い温度で溶融するＳｉの場合
は、０．１６mmを超えないのが好ましい。
【００１９】細粉耐火支持体（耐火粉末）に対する金属
粒子の割合は、広範囲で変化してよく、非常に低くても
よい（例えば、１％）。一方、金属の割合をある最大値
に制限して明白な溶融を防ぐことは絶対に必要である。
金属／（金属＋支持体）の比が２／３を超えることは困
難である。実際、この値を超えるとバッチ（金属粉末と
耐火粉末との混合物）の明白な溶融という危険があり、
それは、窒化処理の停止を招き、最終生成物として窒化
物と未窒化金属との混合物を生じることになる。それは
所望する目的ではない。
粒子の割合は、広範囲で変化してよく、非常に低くても
よい（例えば、１％）。一方、金属の割合をある最大値
に制限して明白な溶融を防ぐことは絶対に必要である。
金属／（金属＋支持体）の比が２／３を超えることは困
難である。実際、この値を超えるとバッチ（金属粉末と
耐火粉末との混合物）の明白な溶融という危険があり、
それは、窒化処理の停止を招き、最終生成物として窒化
物と未窒化金属との混合物を生じることになる。それは
所望する目的ではない。
【００２０】耐火支持体の選択は、所望する最終生成物
の性質に依存する。
の性質に依存する。
【００２１】こうして、何らの限定を意図しないが、下
記に挙げる種々の現象が生じる。
記に挙げる種々の現象が生じる。
【００２２】窒化処理すべき金属粉末がその酸化物の粉
末から成る耐火支持体の存在下にある場合は、最終的に
単一のオキシ窒化物が得られる（例えば、ＡｌがＡｌ2
Ｏ3 の存在下にあるとＡｌＯＮが得られ、ＭｇがＭｇＯ
の存在下にあると、Ｍｇ3 Ｎ2 ＋ＭｇＯ………の混合物
が得られる。）；金属粉末が別の金属の酸化物の存在下
にある場合は、複オキシ窒化物が得られる（例えば、Ａ
ｌがＭｇＯの存在下にあると、ＭｇＡｌＯＮ型のオキシ
窒化物が得られる。これは、ＡｌＮがＭｇＯの中にある
固溶体のＡｌＯＮスピネルとみなすことができる。）；
金属粉末が酸化物と炭化物との混合物の存在下にある場
合は、単一金属のオキシ炭窒化物または種々の金属のオ
キシ炭窒化物等が得られる。
末から成る耐火支持体の存在下にある場合は、最終的に
単一のオキシ窒化物が得られる（例えば、ＡｌがＡｌ2
Ｏ3 の存在下にあるとＡｌＯＮが得られ、ＭｇがＭｇＯ
の存在下にあると、Ｍｇ3 Ｎ2 ＋ＭｇＯ………の混合物
が得られる。）；金属粉末が別の金属の酸化物の存在下
にある場合は、複オキシ窒化物が得られる（例えば、Ａ
ｌがＭｇＯの存在下にあると、ＭｇＡｌＯＮ型のオキシ
窒化物が得られる。これは、ＡｌＮがＭｇＯの中にある
固溶体のＡｌＯＮスピネルとみなすことができる。）；
金属粉末が酸化物と炭化物との混合物の存在下にある場
合は、単一金属のオキシ炭窒化物または種々の金属のオ
キシ炭窒化物等が得られる。
【００２３】従って、あらゆる型の窒化物をベースとす
る化合物：つまり、耐火支持体が窒化処理すべき金属以
外の金属の窒化物の場合の混合窒化物、混合窒化物／炭
化物化合物、混合窒化物／ホウ化物化合物、そして、耐
火粉末の不溶融性混合物である支持体から得られる化合
物もまた得ることができる。
る化合物：つまり、耐火支持体が窒化処理すべき金属以
外の金属の窒化物の場合の混合窒化物、混合窒化物／炭
化物化合物、混合窒化物／ホウ化物化合物、そして、耐
火粉末の不溶融性混合物である支持体から得られる化合
物もまた得ることができる。
【００２４】こうして、驚くべきことに、本発明によれ
ば、液体状態では窒化処理が困難な金属（特にＡｌおよ
びＭｇ）が、すでに述べたように、窒化処理すべき金属
粉末が十分大きい面積を有する固体不活性表面を有する
細粉耐火物固体中に分散するという条件下では、その金
属の融点より高い温度ですら完全に窒化処理可能である
ことがわかる。本発明によって得られる粉末物質は、そ
れらが耐火支持体と化合した窒化物または混合した窒化
物のどちらであっても、次いで、溶融（例えば電熱溶
融）することができる。これは、特に、耐火支持体によ
って得られる混合物の結合を完全にして例えば均一の物
質を得るために有効である。オキシ窒化物がこの電気溶
融に非常に適しており、良好な特性、例えば高温におけ
る良好な耐腐食性などを有する物質が得られる。
ば、液体状態では窒化処理が困難な金属（特にＡｌおよ
びＭｇ）が、すでに述べたように、窒化処理すべき金属
粉末が十分大きい面積を有する固体不活性表面を有する
細粉耐火物固体中に分散するという条件下では、その金
属の融点より高い温度ですら完全に窒化処理可能である
ことがわかる。本発明によって得られる粉末物質は、そ
れらが耐火支持体と化合した窒化物または混合した窒化
物のどちらであっても、次いで、溶融（例えば電熱溶
融）することができる。これは、特に、耐火支持体によ
って得られる混合物の結合を完全にして例えば均一の物
質を得るために有効である。オキシ窒化物がこの電気溶
融に非常に適しており、良好な特性、例えば高温におけ
る良好な耐腐食性などを有する物質が得られる。
【００２５】本発明に係る方法は、一般に、外部からの
エネルギー供給を必要としない自発的窒化反応を生じ、
経済的である。
エネルギー供給を必要としない自発的窒化反応を生じ、
経済的である。
【００２６】また、本発明に係る方法は、簡単な方法に
よって、窒化物をベースとする広範囲の物質であり、消
費可能な出発化合物の純度のみに依存する純度を有する
窒化物を得ることができる。このことは、特に、純粋な
ＡｌＮの大量生産を容易に行うのにかなり有効である。
よって、窒化物をベースとする広範囲の物質であり、消
費可能な出発化合物の純度のみに依存する純度を有する
窒化物を得ることができる。このことは、特に、純粋な
ＡｌＮの大量生産を容易に行うのにかなり有効である。
【００２７】
【実施例】実施例 １ 本実施例は単一のオキシ窒化物の製造を示す。
【００２８】粒子の大きさが 100μｍ未満の粉末状アル
ミナ 100kgを粒子の大きさが１．２mm未満の粉末状アル
ミニウム３０kgと混合した。この混合物をすき間をなく
した炉に入れ、真空中で脱気した後、１気圧の窒素圧下
で加熱した。
ミナ 100kgを粒子の大きさが１．２mm未満の粉末状アル
ミニウム３０kgと混合した。この混合物をすき間をなく
した炉に入れ、真空中で脱気した後、１気圧の窒素圧下
で加熱した。
【００２９】窒化処理は約７００℃で開始し、窒素圧を
１気圧に維持してバッチの温度上昇を促進した。反応は
発熱的であり、炉の加熱を保持して、操作の終わりには
温度が１７５０℃に達することができた。
１気圧に維持してバッチの温度上昇を促進した。反応は
発熱的であり、炉の加熱を保持して、操作の終わりには
温度が１７５０℃に達することができた。
【００３０】操作の終わりには、ＡｌＯＮから成るわず
かに固体の均一な多孔性塊１４５kgを回収した。この塊
を「水ジャケット型」の容器を備えたアーク炉で再溶融
したが、その浴中でのガスの発生は観察されなかった。
溶融物質を鋳造し、冷却した。分析により、その物質
は、１０．１％の窒素を含むオキシ窒化アルミニウムで
あることがわかった。
かに固体の均一な多孔性塊１４５kgを回収した。この塊
を「水ジャケット型」の容器を備えたアーク炉で再溶融
したが、その浴中でのガスの発生は観察されなかった。
溶融物質を鋳造し、冷却した。分析により、その物質
は、１０．１％の窒素を含むオキシ窒化アルミニウムで
あることがわかった。
【００３１】実施例 ２ この実施例は複オキシ窒化物の製造を示す。
【００３２】４０kgのアルミニウム粉末（平均粒子サイ
ズは約１mm）および粒子の大きさが２５０μｍ未満の粉
砕したマグネシア粉末６０kgを混合した。この混合物を
わずかに凝集させて大きいペレット状にし、取扱いを容
易にした。これらのペレットを炉に入れて脱気し、大気
圧の窒素雰囲気下で９６０℃まで加熱した。窒化処理開
始後、温度を１６８０℃に上げた。操作の完了に４５分
かかったが、バッチの明白な溶融は全く観察されなかっ
た。
ズは約１mm）および粒子の大きさが２５０μｍ未満の粉
砕したマグネシア粉末６０kgを混合した。この混合物を
わずかに凝集させて大きいペレット状にし、取扱いを容
易にした。これらのペレットを炉に入れて脱気し、大気
圧の窒素雰囲気下で９６０℃まで加熱した。窒化処理開
始後、温度を１６８０℃に上げた。操作の完了に４５分
かかったが、バッチの明白な溶融は全く観察されなかっ
た。
【００３３】得られた多孔性物質は、混合オキシ窒化物
ＭｇＡｌＯＮを含む。
ＭｇＡｌＯＮを含む。
【００３４】同一の実験を、出発混合物を凝集させない
で行ったところ、同様の物質が固体塊の形で得られた。
この固体塊は、容易に粉砕されて粒子サイズ約200〜300
μｍの粉末状になった。
で行ったところ、同様の物質が固体塊の形で得られた。
この固体塊は、容易に粉砕されて粒子サイズ約200〜300
μｍの粉末状になった。
【００３５】実施例 ３ この実施例は、別法による同一物質の製造を示す。
【００３６】粉末状（粒子の大きさは５０〜１００μ
ｍ）のＭｇ ３８kgおよびアルミナ粉末（粒子の大きさ
は１００μｍ未満）６８kgの混合物を調製し、凝集体に
変えた。その凝集体を窒素雰囲気下で７００℃まで加熱
した後、窒化処理を開始し、温度は、窒素流速を調整す
ることにより１１００℃に制限した。窒化処理は、３０
分以内で完了した。
ｍ）のＭｇ ３８kgおよびアルミナ粉末（粒子の大きさ
は１００μｍ未満）６８kgの混合物を調製し、凝集体に
変えた。その凝集体を窒素雰囲気下で７００℃まで加熱
した後、窒化処理を開始し、温度は、窒素流速を調整す
ることにより１１００℃に制限した。窒化処理は、３０
分以内で完了した。
【００３７】得られた凝集体は、Ｍｇ3 Ｎ2 、Ａｌ2Ｏ
3 およびオキシ窒化物ＭｇＡｌＯＮの混合物を含む。
3 およびオキシ窒化物ＭｇＡｌＯＮの混合物を含む。
【００３８】同様にして、非凝集出発混合物から、砕け
やすい多孔性固体を得た。
やすい多孔性固体を得た。
【００３９】実施例 ４ この実施例は、粉末の単一混合物からの純粋なＡｌＮの
製造を示す。
製造を示す。
【００４０】粒子の大きさが１mm未満のＡｌ粉末４０％
および予め炭窒化方法により得た粒子の大きさが６００
μｍ未満のＡｌＮ粉末６０％を含む混合物を調製した。
および予め炭窒化方法により得た粒子の大きさが６００
μｍ未満のＡｌＮ粉末６０％を含む混合物を調製した。
【００４１】この混合物を小さい電気加熱炉に入れて窒
素流下で漸次１３００℃にし、アルミニウムの直接窒化
反応をこの温度で突然開始したところ、バッチ温度が１
７００℃までかなりの上昇があった。
素流下で漸次１３００℃にし、アルミニウムの直接窒化
反応をこの温度で突然開始したところ、バッチ温度が１
７００℃までかなりの上昇があった。
【００４２】アルミニウムの窒化物への変化は完全かつ
急速だった。得られたバッチは溶融の痕跡が観察される
ことなく凝集し、静かに粉砕することにより粉末状にな
った。
急速だった。得られたバッチは溶融の痕跡が観察される
ことなく凝集し、静かに粉砕することにより粉末状にな
った。
【００４３】実施例 ５ この実施例は、凝集粉末からのＡｌＮの製造を示す。
【００４４】出発物質は、実施例４で得た粒子サイズ６
００μｍ未満のＡｌＮ粉末であり、これを実施例４と同
じ割合のＡｌ粉末と混合した。
００μｍ未満のＡｌＮ粉末であり、これを実施例４と同
じ割合のＡｌ粉末と混合した。
【００４５】この混合物を凝集させた後、上記のように
窒素雰囲気下で加熱した。
窒素雰囲気下で加熱した。
【００４６】窒化処理を１２００℃で開始し、その後、
温度は１６８０℃に達した。
温度は１６８０℃に達した。
【００４７】反応は完全で急速だった。
【００４８】この操作を、９９．９％のＡｌとＯ2 を含
まない窒素とを使用し、凝集させないで繰り返したとこ
ろ、９９．８％のＡｌＮを得ることができ、未化合Ａｌ
は０．１％未満だった。
まない窒素とを使用し、凝集させないで繰り返したとこ
ろ、９９．８％のＡｌＮを得ることができ、未化合Ａｌ
は０．１％未満だった。
【００４９】実施例 ６ この実施例は、工業用炉中でのＡｌＮの製造を示す。
【００５０】実施例５と同一の性質および割合の粉末混
合物６．８ｔを窒素加圧下で、大きい反応室を有する炉
に入れた。そのバッチの加熱は、該混合物中に入れた黒
鉛レジスターによって行った。
合物６．８ｔを窒素加圧下で、大きい反応室を有する炉
に入れた。そのバッチの加熱は、該混合物中に入れた黒
鉛レジスターによって行った。
【００５１】反応は局所的に開始した後、バッチ全体に
広がり、そうして加熱を停止した。
広がり、そうして加熱を停止した。
【００５２】得られた物質のＡｌＮ含量は９９．３％で
ある。
ある。
【００５３】実施例 ７ この実施例は、直接窒化処理中に局部的な溶融を受け得
る金属（Ｓｉ）窒化物の製造を示す。そこで、従来法に
よる直接窒化処理と本発明による直接窒化処理を比較す
る。
る金属（Ｓｉ）窒化物の製造を示す。そこで、従来法に
よる直接窒化処理と本発明による直接窒化処理を比較す
る。
【００５４】ａ）従来法：０〜１６０μｍ粉末状ケイ素
１００kgを調製し、そこから５０kg分を取り出し、窒素
雰囲気下、炉中で加熱した。約１３５０℃を超えないよ
う窒素供給を調節することにより、Ｓｉ3 Ｎ4 の焼結塊
を得たが、それは、反応しないで主としてその中心に位
置するＳｉの極小球体を約６％含んでいた。これらの極
小球体は、反応中の局部的過加熱および溶融によるもの
である。すなわち、原理的にはケイ素の融点に達しない
が、それにもかかわらず局所的な溶融が観察され、それ
は、ケイ素の不完全な窒化処理という結果を招く。
１００kgを調製し、そこから５０kg分を取り出し、窒素
雰囲気下、炉中で加熱した。約１３５０℃を超えないよ
う窒素供給を調節することにより、Ｓｉ3 Ｎ4 の焼結塊
を得たが、それは、反応しないで主としてその中心に位
置するＳｉの極小球体を約６％含んでいた。これらの極
小球体は、反応中の局部的過加熱および溶融によるもの
である。すなわち、原理的にはケイ素の融点に達しない
が、それにもかかわらず局所的な溶融が観察され、それ
は、ケイ素の不完全な窒化処理という結果を招く。
【００５５】ｂ）本発明：Ｓｉ粉末のもう一つの５０kg
分を、上記で得た塊の外側を粉砕することにより得た遊
離Ｓｉを含まないＳｉ3 Ｎ4 粉末２５kgと混合した。こ
の混合物の窒化処理操作は、上記操作と同一の条件下で
行った。操作終了後に得られたＳｉ3 Ｎ4 の凝集塊に含
まれる遊離Ｓｉは、その塊の中心においてすら０．１％
未満だった。
分を、上記で得た塊の外側を粉砕することにより得た遊
離Ｓｉを含まないＳｉ3 Ｎ4 粉末２５kgと混合した。こ
の混合物の窒化処理操作は、上記操作と同一の条件下で
行った。操作終了後に得られたＳｉ3 Ｎ4 の凝集塊に含
まれる遊離Ｓｉは、その塊の中心においてすら０．１％
未満だった。
【００５６】実施例 ８ この実施例は、粉砕したマグネシア粉末の支持体上での
金属（Ａｌ＋Ｍｇ）粉末混合物の窒化処理を示す。
金属（Ａｌ＋Ｍｇ）粉末混合物の窒化処理を示す。
【００５７】粒子の大きさが６３０μｍ未満の粉砕マグ
ネシア粉末５３５ｇを粒子の大きさが５０〜３００μｍ
のマグネシア粉末７２ｇと混合し、アルミニウム５４ｇ
を噴霧して、直径約１．２mmの球体を生成した。
ネシア粉末５３５ｇを粒子の大きさが５０〜３００μｍ
のマグネシア粉末７２ｇと混合し、アルミニウム５４ｇ
を噴霧して、直径約１．２mmの球体を生成した。
【００５８】その全部を窒素圧１気圧下ですき間をなく
した炉に入れた。流速はバルブによって調節できる。窒
化反応を約６００℃で開始し、窒化温度は、窒素流速を
調製することにより１０００℃を維持した。
した炉に入れた。流速はバルブによって調節できる。窒
化反応を約６００℃で開始し、窒化温度は、窒素流速を
調製することにより１０００℃を維持した。
【００５９】操作終了後、わずかに焼結した粉末７１５
ｇが回収された。金属は全て窒化処理され、複オキシ窒
化物ＭｇＡｌＯＮ（実施例１および２）だけでなく、Ｍ
ｇ3 Ｎ2 とＡｌＮと窒化物に反応しなかった酸化物（Ｍ
ｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 ）の混合物とが一緒に含まれていた。
ｇが回収された。金属は全て窒化処理され、複オキシ窒
化物ＭｇＡｌＯＮ（実施例１および２）だけでなく、Ｍ
ｇ3 Ｎ2 とＡｌＮと窒化物に反応しなかった酸化物（Ｍ
ｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 ）の混合物とが一緒に含まれていた。
【００６０】この粉末は、電気溶融によって再溶融し、
オキシ窒化物ＭｇＡｌＯＮから成る電気溶融塊を得た。
オキシ窒化物ＭｇＡｌＯＮから成る電気溶融塊を得た。
【００６１】実施例 ９ この実施例は、複合耐火支持体（苦灰石）の使用態様を
示す。
示す。
【００６２】粒子の大きさが６３０μｍ未満で６１％の
ＣａＯおよび３７％のＭｇＯを含む粉砕・か焼した苦灰
石粉末６１０kgを、粒子の大きさが同じであるか焼・粉
砕したマグネサイト粉末６６kgおよび粒子の大きさが約
１．２mmのアルミニウム顆粒１１１kgと混合した。
ＣａＯおよび３７％のＭｇＯを含む粉砕・か焼した苦灰
石粉末６１０kgを、粒子の大きさが同じであるか焼・粉
砕したマグネサイト粉末６６kgおよび粒子の大きさが約
１．２mmのアルミニウム顆粒１１１kgと混合した。
【００６３】この混合物を凝集させた後、窒素圧下です
き間をなくした炉に入れた。
き間をなくした炉に入れた。
【００６４】窒素反応は約９６０℃で開始した。炉の加
熱を窒素流速によって調節することにより、反応温度を
１７００℃台にした。
熱を窒素流速によって調節することにより、反応温度を
１７００℃台にした。
【００６５】炉から取り出して得られた生成物は、質量
が８４２kgで、Ｃａ、ＭｇおよびＡｌの三重オキシ窒化
物から成る多孔性の固体塊状だった。これは容易に粉砕
されて凝集体を作り、この凝集体も多孔性だった。
が８４２kgで、Ｃａ、ＭｇおよびＡｌの三重オキシ窒化
物から成る多孔性の固体塊状だった。これは容易に粉砕
されて凝集体を作り、この凝集体も多孔性だった。
【００６６】最初の凝集していない形態の混合物も、同
様の窒化処理条件下で処理すると、容易に粉砕されて粉
状に変わる多孔性の固体塊が得られた。
様の窒化処理条件下で処理すると、容易に粉砕されて粉
状に変わる多孔性の固体塊が得られた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−17161（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−3766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−3765（ＪＰ，Ａ) 米国特許4877759（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 8/24
Claims (12)
- 【請求項１】 比較的融点の低い金属を窒素含有ガスに
よって直接窒化処理する方法において、少なくとも一種
類の該金属の粉末を耐火粉末と混合して混合物中の金属
の量が重量比で２／３以下である混合物とし、この混合
物を、窒素含有ガスの雰囲気下且つほぼ大気圧下にて、
該金属の急速な発熱窒化反応が開始するまで加熱し、該
金属の融点より高く且つ窒素含有ガスの流速を調整るこ
とにより制御された温度で、明白な溶融が観察されるこ
となく進行するこの反応を、該金属全部が窒化処理され
るまで続けることにより、粉砕が容易で、金属窒化物ま
たは金属オキシ窒化物をベースとする高多孔性の固体塊
を得ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 金属の融点が、その直接窒化反応の温度
より低いか、その温度付近であることを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 金属の融点はその窒化温度より高いが、
窒化反応中の局部的過加熱により金属が局部的に溶融現
象を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 金属がＡｌ，Ｍｇ，Ｓｉ，それらの合金
またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項２
または３に記載の方法。 - 【請求項５】 耐火粉末が金属に関して不活性であり、
耐火酸化物もしくはその化合物、窒化物、炭化物、ホウ
化物またはそれらの耐火混合物から成る群に属すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項６】 耐火粉末の粒子の大きさが６００μｍよ
り小さく、窒化処理すべき金属の粒子の大きさが２mmよ
り小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項７】 窒素含有ガスが純粋な窒素；または中性
ガスもしくは還元ガスで希釈された窒素であることを特
徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項８】 出発混合物中の金属の量が、耐火粉末と
の関連においてある最大含量を超えてしまい混合物の明
白な溶融が観察されることがないようにすることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項９】 出発混合物が金属およびその窒化物を含
むことにより高純度の窒化物を得ることを特徴とする請
求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項１０】 出発混合物が金属および耐火酸化物を
含むことにより、その酸化物が該金属の酸化物であるか
異なる金属の酸化物であるかによって、各々、単一のオ
キシ窒化物または混合オキシ窒化物を得ることを特徴と
する請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項１１】 出発金属および耐火物質の性質に応じ
て、混合窒化物または窒化物含有混合化合物を得ること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項１２】 得られた前記高多孔性の固体塊を続い
て再溶融することを特徴とする請求項１〜１１のいずれ
か一項に記載の方法。
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|---|---|---|---|
| FR9100376 | 1991-01-03 | ||
| FR9100376A FR2671339B1 (fr) | 1991-01-03 | 1991-01-03 | Procede de nitruration directe de metaux a bas point de fusion. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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| ES (1) | ES2060460T3 (ja) |
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| IL151549A0 (en) | 2000-03-01 | 2003-04-10 | Cabot Corp | Nitrided valve metals and processes for making the same |
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| WO2012056807A1 (ja) * | 2010-10-25 | 2012-05-03 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料、積層体、半導体製造装置用部材及びスパッタリングターゲット部材 |
| WO2012056808A1 (ja) | 2010-10-25 | 2012-05-03 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料、半導体製造装置用部材、スパッタリングターゲット部材及びセラミックス材料の製造方法 |
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| DE3588005T2 (de) * | 1984-05-18 | 1995-08-24 | Sumitomo Electric Industries | Verfahren zum Sintern von keramischen Körpern mit einer verteilten Metallverstärkung. |
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