JPH0159234B2 - - Google Patents

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JPH0159234B2
JPH0159234B2 JP59062097A JP6209784A JPH0159234B2 JP H0159234 B2 JPH0159234 B2 JP H0159234B2 JP 59062097 A JP59062097 A JP 59062097A JP 6209784 A JP6209784 A JP 6209784A JP H0159234 B2 JPH0159234 B2 JP H0159234B2
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Union Carbide Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
発明の分野 本発明は一般的に二ホウ化チタン(TiB2)物
品(article)に関するものであり、特に、アル
ミニウム腐食に対するすぐれた耐性の故にホール
電解槽において使用するに適した成形物
(shape)に関するものである。 通常、アルミニウム金属は、氷晶石またはボー
キサイトから、これをホール電解槽の中で電解す
ることによつて得られる。 アルミニウム工業は永年にわたつてホール電解
槽の改良を重ねてきた。表面の波動またはその擾
乱(disruption)を減少しまたは除去するため、
ホール電解槽の中に使用される融解アルミニウム
プールの中にそらせ板その他の装置が使用されて
いる。これらの擾乱は、アルミニウム浴中の渦電
流および物理的または電磁的なその他の効果によ
つて生じる。このようにして界面が平滑に成され
るほど、負極/正極の間隙を縮少することがで
き、その結果、電力コストが低下する。 電解槽のアルミニウム湿潤部分に使用される構
造材料は導電性、機械的に強力、またホール電解
槽環境において熱的および化学的に安定、また熱
衝撃に対して耐性でなければならない。理論的に
はTiB2は適当であるが、商業的に製造されたま
まの材料はホール電解槽環境の中において安定性
に欠けることがテストによつて示された。電解槽
のアルミニウム湿潤部分はその底部と側壁部であ
つて、電解槽底部における突起または挿入物は融
解アルミニウムに対する正極接点となる。 先行技術の説明 アルミニウム還元電解槽におけるTiB2タイル
の使用は米国特許第4231853号および第4341611号
に記述されており、これらの特許のいずれにおい
ても、タイル製造方法は熱延工程として記載され
ており、本発明において記載の有害な立方晶系の
汚染については記述がない。 TiB2粉末をBNなどのホウ素供給化合物と混合
しこの混合物をルツボの中で加熱して、ホウ化
物、酸化物、窒化物および炭化物から成る立方晶
系をホウ素との反応によつて除去することによ
り、TiB2粉末を精製する方法は米国特許3316062
号に記載されているが、この特許は粉末に関する
ものであつて、成形された物の精製については教
示していない。この先行技術に従つて精製された
粉末を使用しても、形成工程と焼結工程中に望ま
しくない汚染物が導入される可能性がある。 本発明の目的と要約 本発明の主目的は、構造の安価と共に簡単さ、
強さ、および高度の耐久性を兼備した前記の型の
物品の製造方法を得供するにある。 本発明の他の目的は下記においてその一部が明
白となり、また一部は指摘されるであろう。 要約すれば、本発明は、最大強度をうるための
臨界的変数としての焼結温度を用い、静水圧成形
によつてエポキシ樹脂とTiB2粉末との混合物か
ら予め成形(preform)された物品を焼結するこ
とによつて得られる高強度二ホウ化チタン
(TiB2)物品を提供するにあり、この場合アルミ
ニウム腐食に対する抵抗性は、窒化ホウ素
(BN)パツク中において焼結成形物を焼なまし
する方法によつて、汚染物質としての酸化チタ
ン、窒化チタンおよび炭化チタンを除去すること
によつて達成される。 発明の詳細な説明 本発明は下記の予想外のまた説明不能の発見に
基づくものである。 (i) ホール電解槽のTiB2構造材料の使用中の欠
陥は、その内部に炭化チタン(TiC)、窒化チ
タン(TiN)、酸化チタン(TiO)またはその
混合物の立方晶系から成る分離相の存在による
ものである。 (ii) 最善の焼結温度が存在する。 (iii) 成形され焼結されたTiB2物品はBNパツク中
で熱処理によつて精製することができる。 本発明の物品は、有害な不純物を含有する焼結
物品を窒化ホウ素(BN)パツクの中で高温で焼
なましすることによつて製造することができる。
これらの不純物はその場でTiB2に転化されるが、
この焼なまし工程が強さの損失を生じることが避
けがたい。仕上り生成物の最大強さをうるために
は、TiB2物品の初焼結温度は2000℃±25℃でな
ければならないことが発見された。しかし実際
上、強さと導電性を犠性にすることができるなら
ば、1600℃〜2100℃の範囲の初焼結温度で製造す
ることができる。 第1図の流れ図について述べれば、本発明の方
法は2.5〜3.0ミクロン範囲の粒径を有する96.5〜
97.5重量%のTiB2粉末を2.0〜3.5重量%の二ホウ
化クロムなどの焼結助剤と混合する段階と、この
配合物に対して、2.9〜3.0%のエポキシ結合剤と
トリエタノールアミンなどの触媒を添加する段階
と、この混合物を静水圧成形(isostatic
molding)する段階と、次に焼結され粉砕された
TiB2を含むパーテイクルパツクの中で、2000℃
±25℃で、不活性雰囲気、例えばアルゴンガスの
もとに、または高減圧(5×10-3トール以下の
圧)のもとに焼結する段階を含み、高減圧のアル
ゴンガスを使用することが好ましい。 第1図の流れ図のように本発明では成形物は
1500℃で焼きなましされる。 故に、本発明の焼結された物品は、チタンの酸
化物および炭化物を二ホウ化物(TiB2)に転化
するためにアルゴンガス中においてBNパツクの
中で1800℃で焼なますことができることが理解さ
れよう。実際には、1700〜1900℃の範囲の焼なま
し温度を使用することができるが、1800℃が最適
である。この焼なまし処理に伴う強さの損失は、
焼結中に強さを最大限にする必要を増大する。 前記により、組織の改良のために焼結温度を変
更することによりTiB2成形物を製造した。その
物理特性を下記の表1に示す。この表において
は、本発明の低い焼結温度を用いて製造された素
材を、焼結温度以外は同一条件の先行技術の素材
と比較する。
【表】 前記の表1から、強さが劇的に改良され、また
微小亀裂が除かれていることが見られる。この強
さの改良の結果、熱衝撃に対する抵抗力の増大が
得られ、これはホール電解槽の用途においては本
質的な特性である。150゜/分での675℃までの熱
衝撃テストと210℃/分での810℃までの熱衝撃テ
ストは、熱衝撃による亀裂のないことを示した。 TiB2から不純物を除去することによりもう1
つの利点が得られる。通常の不純物はTiO、
TiN、およびTiCである。これらの不純物を含む
TiB2が融解アルミニウムに露出された場合、酸
化アルミニウム、窒化アルミニウム、および炭化
アルミニウムが形成される。これらの反応生成物
の結晶粒径はチタン化合物より大であるので、
TiB2体の組織が破壊され、微小亀裂が形成する。
これがアルミニウムの浸透と腐食の主たるメカニ
ズムであると考えられる。 以下において本発明を非制限的な実施例によつ
て説明する。 実施例 1 焼なましによる精製 97gのTiB2粉末(98.4%純度)を3gのCrB2
粉末(99.5%純度)と共に、96時間、あるいは混
合物の粒径がフイツシヤサブシーブサイザーで測
定して2.5μmまたはこれより微細となるまで、ボ
ールミル処理した。ボールミル処理された粉末
を、ホバートミキサーの中で、33c.c.のアセトン、
3gのエポキシERL3794(ユニオンカーバイドコ
ーポレーシヨンのエポキシ樹脂生成物)および
0.3gのトリエタノールアミンから成る溶液と共
に、アセトン全部が蒸発するまで混合した。この
ミツクスを150〓の乾燥炉中で1晩乾燥させ、次
にアグロメレートを破砕するため微粉砕した(即
ち、スイングハンマミルを用いて粉砕した)。微
粉砕された粉末を静水圧的にテスト形状に成形
し、通常の硬化炉の中で24時間、砂中で365〓で
硬化し、、次に誘導真空炉の中で、2000℃で2時
間、6SCFHのアルゴンガス流速のもとに焼結し
た。成形物のひずみを防止しまた均一な雰囲気を
生じるため、焼結された粉砕されたTiB2のパツ
クの中で成形物を焼結した。焼結された成形物は
理論値の98%の密度を有していた。最後に、テス
ト成形物を抵抗加熱管状炉の中で、1800℃で2時
間、5SCFHのアルゴンガス硫速のもとに焼なま
しした。これらの成形物は焼なまし工程中、BN
管中のBN粉末パツクの中に完全に封入されてい
た。 2時間で2000℃まで焼結された10個のTiB2
サンプル(2″×1/4″×1/4″)と、2時間で
2000℃まで焼結され次に2時間1800℃まで焼なま
された10個のサンプル(2″×1/4″×1/4″)
を、ホール電解槽の電解作用のもとに融解アルミ
ニウムの中で評価した。これらのサンプルを下記
の表2に記載のように融解アルミニウム中に浸漬
した。
【表】 アルミニウムに露出されたこれらのサンプルを
その物理特性の測定結果に影響するような表面の
アルミニウムを溶解するため、それぞれ24時間、
50体積%の濃塩酸と50体積%の脱イオン水とから
成る溶液100mlの中で均熱した。これらのテスト
されたサンプルの物理特性を下記の表3に示す。
【表】 中の焼なまし
表3から見られるように、焼なまし工程は曲げ
強さをある程度低下させる。これは避けがたいこ
とのように思われるので、精製のためにBNパツ
ク中で焼なまされるサンプルを作る際に最適焼結
温度を使用することがますます重要になる。 表3の素材の代表的サンプルについてアルミニ
ウムを検出するため、電子顕微鏡を使用した。第
2a図、第2b図、第2c図および第2d図の顕
微鏡写真は、28〜75時間の露出ののち、TiB2
晶粒の粒界に“スジ状”にアルミニウムが集中し
ていることを示す。サンプルを塩酸溶液中で均熱
したが、表面のアルミニウムのみが除去され、こ
のアルミニウムは残存している。第2図に示した
サンプルは本発明によつて精製されなかつたもの
である。第2a,2b,2c,2d図に対して、
第3a図と第3b図に示す焼結後にBNパツクの
中で焼なましされたサンプルにおいては、粒界に
も、その他どこにも、アルミニウムの証拠はな
い。100時間の露出後においても、融解アルミニ
ウム浴からアルミニウムが滲透していない。 第4図のグラフは、2000℃±25℃の焼結温度が
最適であることを示す。これより高い温度は劇的
な強さの損失を生じ、これより低い温度は満足な
強さを生じない。 電気抵抗率はTiB2製品のもう1つの重要な変
数である。第5図は、2000℃の好ましい焼結温度
において電気抵抗率が最小となることを示してい
る。より高い温度の利用は有害であり、抵抗率を
劇的に増大させる結果となる。 本発明の物品を実際使用条件のもとに完全にテ
ストし、本発明の前記の目的を完全に遂行できる
ことが発見された。 前述の本発明の実施法は当業者には明白であろ
う。 故に、本発明の数目的を達成することができ実
際の使用条件に見合つた物品が提供されることは
明かであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を示す流れ図、第2a
図、第2b図、第2c図および第2d図は本発明
によらないTiB2焼結物と融解アルミニウムとの
28〜72時間接触後のミクロ組織を示す5000×およ
び20000×走査顕微鏡写真、第3a図と第3b図
は本発明の方法によつて焼結/焼なましされた
TiB2成形物と、融解アルミニウムとの100時間接
触後のミクロ組織を示す2000×〜5000×走査顕微
鏡写真、第4図は25℃におけるTiB2の曲げ強さ
対焼結温度グラフであつて、本発明を使用するし
ないにかかわらず、焼結温度の臨界性を示す図
(そのデータは本発明の形式を使用しないで得ら
れた)、また第5図は25℃におけるTiB2の抵抗率
対焼結温度グラフ(そのデータは本発明の形成を
使用しないで得られたもの)である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 TiO、TiNおよびTiC立方晶系不純物の実質
    的にない、成形されたTiB2物品を作る方法にお
    いて、前記不純物の少なくとも一つを含むTiB2
    微粉末と焼結助剤とから前記物品を成形する段階
    と、前記物品を1600℃乃至2100℃の範囲の温度で
    焼結する段階と、前記物品をBNパツク中で1700
    ℃乃至1900℃の間で焼きなまして前記不純物と前
    記パツクとを、前記不純物が前記物品中に、焼き
    なまし後、実質的に存在しないように反応させる
    ことを含む方法。 2 前記焼結温度が1975℃乃至2025℃の間である
    特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 前記物品が静水圧法成形で成形される特許請
    求の範囲第1項に記載の方法。
JP59062097A 1983-03-30 1984-03-29 耐アルミニウム性二ホウ化チタン物品の製法 Granted JPS59184772A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US48051683A 1983-03-30 1983-03-30
US480516 1983-03-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59184772A JPS59184772A (ja) 1984-10-20
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ID=23908258

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JP59062097A Granted JPS59184772A (ja) 1983-03-30 1984-03-29 耐アルミニウム性二ホウ化チタン物品の製法

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JP (1) JPS59184772A (ja)
CA (1) CA1231828A (ja)
DE (1) DE3472399D1 (ja)
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EP0121476A2 (en) 1984-10-10
EP0121476A3 (en) 1985-09-18
NO165489C (no) 1991-02-20
EP0121476B1 (en) 1988-06-29
CA1231828A (en) 1988-01-26
JPS59184772A (ja) 1984-10-20
NO841259L (no) 1984-10-01
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