JP3186793B2 - 亜酸化チタンの製造方法 - Google Patents

亜酸化チタンの製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有色顔料、導電性フィ
ラ−、蒸着材等に用いる亜酸化チタン製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、亜酸化チタンは、二酸化チタ
ンとは異なり、還元反応によって茶褐色、灰色、黒紫色
あるいは黒色など多様の色調を現出するうえに、良好な
導電性を有するため、有色顔料や各種材料の導電性フィ
ラ−として汎用されているが、近時、光学系、オプトエ
レクトロニクス等の分野で基材面に二酸化チタンの薄膜
を形成するための蒸着材料として利用が図られている。
【0003】従来、亜酸化チタンを製造する手段には、
二酸化チタンを水素またはアンモニア等のガスで高温還
元する方法(特公昭59-50604号公報、特開昭57-205322
号公報)、二酸化チタンと金属チタンの混合物を真空中
または還元雰囲気中で加熱する方法(特開昭49-5432 号
公報)が典型的な技術としてしられている。これらの方
法は固相−気相系あるいは固相−固相系の原料組成によ
る還元反応を利用するもので、得られる亜酸化チタンは
一般にTiO、Ti23 、Ti35 、Ti4 7
Ti5 9 の組成を有し、いずれも焼結体である。
【0004】亜酸化チタン蒸着材による二酸化チタンの
被膜は、抵抗加熱、電子ビ−ム加熱等で溶解したのち基
材面に真空蒸着する方法で形成されるが、この際、前記
のTiO、Ti2 3 はガス吸着作用を起こし、またT
4 7 、Ti5 9 は逆にガス発生作用を起こして真
空槽内の雰囲気を一定に保ち得ない。その点、Ti3
5 は減圧、高温雰囲気下で極めて安定であるが、前記の
従来技術で製造されたTi35 で表される亜酸化チタ
焼結体(以下、単に亜酸化チタンという。)を蒸着材と
した場合には、真空加熱状態でのスプラッシュ現象が著
しく多発する。スプラッシュ現象が多く発生すると、基
材面への均一な蒸着が著しく阻害されるばかりでなく、
蒸着装置に蒸着物が付着したり、電子銃フィラメントが
酸化変質する等のトラブルを招く。この現象を避けるた
めに、スプラッシュが鎮静化してから膜付け操作を行う
こともできるが、この場合には時間のロスが大きくな
る。従って、二酸化チタン形成薄膜材料に求められる要
件は、ガス発生やガス吸収を起こさず、かつスプラッシ
ュ現象を生起せず、不純物の少ないものが好ましいとさ
れている。
【0005】このような問題を解消するために有効な亜
酸化チタンの製造方法として、粒度80μm以下の水素化
チタン粉末と二酸化チタンとの混合物を700 〜1600℃の
温度域において真空または不活性ガス雰囲気下で加熱焼
成する技術が、本出願人によって開発されている(特開
平1−290529号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】該先行技術によれば、
製造される亜酸化チタンが蒸着に好適な粒子状態を呈し
ており、またガス成分や不純物の含有量を効果的に低減
化されているため、スプラッシュやアウトガスの発生は
従来技術に比べてかなり減少させることが可能となる。
しかしながら、この製法で得られる亜酸化チタンは不純
物も少なくガス発生もないが、スプラシュ現象に対す
る防止効果については十分とはいえない。
【0007】本発明は、二酸化チタンを還元・焼結して
亜酸化チタンを得るというこれまでの製造技術とは全く
異なるプロセによって蒸着材用亜酸化チタンを製造す
る方法を対象とするもので、その目的は蒸着時の真空加
熱段階におけるスプラッシュ現象を効果的に低減化し得
る蒸着用亜酸化チタンの製造方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による蒸着材用亜酸化チタンの製造方法は、
二酸化チタンと水素化チタン粉末との混合粉末を、真空
雰囲気下において加熱することにより脱水素処理を施
し、次いで大気圧より加圧状態の不活性ガス雰囲気下で
溶解することを構成上の特徴とするものである。
【0009】本発明の原料となる二酸化チタンは、硫酸
法、塩素法のいずれの方法で製造されたものでもよく、
また結晶型はアナタ−ゼ型、ルチル型、ブルカイト型の
いずれであっても差し支えない。該二酸化チタンは粉末
として使用されるが、その粒度には特に制約はない。た
だし、二酸化チタンとしての純度が可能な限り高いもの
が好ましい。二酸化チタンと共用する他方の原料となる
水素化チタンも粉末として使用されるが、該水素化チタ
ン粉末は通常市販のものを適宜選択して用いることがで
きる。
【0010】上記の原料は、ボ−ルミルまたは振動ミル
等によって均一に混合された混合粉末を形成したのち、
真空雰囲気下において、電気炉等により所定の温度域、
好ましくは400 〜800 ℃に加熱することにより脱水素処
理を施し、次いで溶解工程にかけられる。水素化チタン
粉末と二酸化チタン粉末とを混合して原料とする際に
は、配合割合を重量比で1:8〜9の範囲に設定し、上
記の機械的手段で乾式もしくは湿式法によって混合す
る。
【0011】溶解工程は、脱水素処理された原料の混合
粉末をアルゴン又はヘリウムのような不活性ガス雰囲気
に保持された溶解炉に移し、炉内の水冷ハ−スに充填し
た後、プラズマア−ク溶解法、非消耗ア−ク溶解法、エ
レクトロスラグ溶解法等を適宜選択して行われるが、本
発明においては非消耗ア−ク溶解法が装置が簡略で操作
も容易であることから好ましい。好適な溶解条件は、炉
内の雰囲気をアルゴンガスによって大気との対流を防止
し得る程度の加熱状態に保ちつつ、原料の量比に応じて
印加する電圧や電流を適宜の範囲に設定した非消耗ア−
ク溶解によって行われる。
【0012】溶解後は、不活性ガス雰囲気中で炉冷し、
生成した亜酸化チタンを製品として取り出す。
【0013】
【作用】本発明によれば、原料となる二酸化チタン粉末
と水素化チタン粉末との混合粉末を真空雰囲気下におい
て加熱することによって脱水素処理を施し、次いで大気
圧より加圧状態の不活性ガス雰囲気下で溶解することに
より、Ti3 5 を主体とする低次酸化形態の亜酸化チ
タンに転化する。この際、溶解工程がアルゴン等の不活
性ガスで大気との対流を防止し得る程度の加圧状態で行
われ、しかも短時間で溶解を終了するから、大気による
汚染は除去され、高純度の亜酸化チタンを効率良く製造
し得る。
【0014】このような作用を介して、蒸着時の真空加
熱段階でスプラッシュ現象を生じない高品質の亜酸化チ
タンを安価に製造することが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を、比較例と対比して
説明する。 実施例1 二酸化チタン粉末と水素化チタン粉末とを9:1の重量
比で配合し、ボ−ルミルを用いて12時間乾式混合して
混合粉末とした。ついで、この混合粉末を耐熱ルツボに
入れて電気炉に移し、炉内を1Torr以下の真空に保持し
ながら700 ℃の温度で1時間加熱することにより脱水素
処理を施し、そのまま炉冷した。その後該混合粉末を非
消耗ア- ク炉の銅製の水冷ハ- スに20g 充填し、炉内を
アルゴンガスで完全に置換した後、アルゴンガスによっ
て大気圧より若干加圧状態で保持しつつ、電流 200A、
電圧 25 Vを印加して 10 分間ア−ク溶解し、炉内の雰
囲気をそのまま保持して炉冷した。
【0016】得られた生成物は赤紫色を呈しており、そ
の化合物組成を粉末X線回折法で測定した結果、Ti3
5 であることが確認された。この亜酸化チタンをEB
溶解炉で溶解し、真空下でスプラッシュの状況を観察し
たところ、スプラッシュ現象は認められなかった。
【0017】実施例2 実施例1と同様の方法で脱水素処理を施して得られた混
合粉末を 80 g、電流400 A、電圧 35 V、溶解時間を
5分間とした以外は実施例1と同様にして実験を行っ
た。
【0018】得られた生成物は赤紫色を呈しており、そ
の化合物組成を粉末X線回折法で測定した結果、Ti3
5 であることが確認された。この亜酸化チタンをEB
溶解炉で溶解し、真空下でスプラッシュの状況を観察し
たところ、スプラッシュ現象は認められなかった。
【0019】比較例1 水素化チタン粉末555 gと二酸化チタン粉末4445gを配
合し、乾式混合機で 12 時間混合したのち、機械式成形
プレスを用いて直径10mm、厚さ4mmの錠剤形ペレットに
成形した。ついで、このペレットを真空雰囲気炉に入
れ、1220℃の温度であ8時間加熱して還元焼成した。得
られた焼結体は黒紫色を呈しており、その化合組成物を
粉末X線回折法で測した結果、Ti3 5 であること
が確認された。この亜酸化チタンをEB溶解炉で溶解
し、真空下でスプラッシュの状況を観察したところ、ス
プラッシュ現象が多く発生した。
【0020】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば従来の還
元焼結法とは異なり、二酸化チタン粉末と水素化チタン
粉末との混合粉末を、真空雰囲気下において加熱するこ
とにより脱水素処理を施し、次いで大気圧より加圧状態
不活性ガス雰囲気下で溶解することにより蒸着時の真
空加熱過程で発生するスプラッシュ現象を効果的に低減
化することができる亜酸化チタンを製造することができ
る。したがって、常に円滑で高品質のチタン系蒸着薄膜
を形成するための蒸着材を安価に生産供給することが可
能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 23/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二酸化チタン粉末と水素化チタン粉末と
    の混合粉末を、真空雰囲気下において加熱することによ
    り脱水素処理を施し、次いで大気圧より加圧状態の不活
    性ガス雰囲気下で溶解することにより得られることを特
    徴とする亜酸化チタンの製造方法。
  2. 【請求項2】 溶解時の雰囲気をアルゴンガス雰囲気下
    に保持し、非消耗ア−ク溶解法によって溶解する請求項
    1記載の亜酸化チタンの製造方法。
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