JPH05139725A

JPH05139725A - 硼化チタンの製造方法

Info

Publication number: JPH05139725A
Application number: JP32521791A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyazaki; 祐治宮崎; Yuichi Yamazaki; 裕一山崎
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】硼化チタンの製造方法【目的】高純度で平均粒径が１０μｍ以下の均一な粒
度分布を有する硼化チタン粉末を安全に製造する。併せ
て、今後さらに増加するであろうチタン関連産業におけ
る産業廃棄物を有効利用する。【構成】金属チタンと硼素及び／又は硼素化合物とを
反応させて硼化チタンを製造するに際し、金属チタンと
して、油水で湿潤されてなる金属チタン、例えば金属チ
タンインゴットや金属チタンスラブ等の研磨・切削加工
時に発生する金属チタン屑を用いることを特徴とする硼
化チタンの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属チタンを用いる硼
化チタンの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硼化チタンは、一般に、その導電性、高
融点、耐食性、高硬度等の性質を利用して導電性付与
材、高温構造材、耐摩耗材、切削工具等に使用されてい
る。

【０００３】従来、硼化チタンを製造する方法として
は、１）二酸化チタンと酸化硼素を炭素あるいは炭化硼
素により還元する炭素還元法、２）二酸化チタンと酸化
硼素をマグネシウムやアルミニウム等で還元する金属還
元法、３）チタンのハロゲン化物（ＴｉＣｌ₄等）とＢ
Ｃl₃との気相反応法、４）金属チタンと硼素の直接反応
法等が知られている。

【０００４】これらのうち、１）の製法は、工業的大規
模生産に適しかつ比較的低価格の原料を用い最も広く利
用されているが、炭素や酸化物が残存し高純度の硼化チ
タン粉末が得られない等の欠点がある。２）の製法は、
共存する酸化マグネシウムや酸化アルミニウムの分離が
困難である。３）と４）の製法では、原料が高価なため
製造コストが非常に高くなり大量生産には適さない。ま
た、４）の製法は、原料が非常に高価である他、金属チ
タンの取扱いが危険であり、また部分的に大きな粒成長
が起こり不均一な大きさの粒になる等の欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の状況
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、不純物の少ない硼化チタンを安全に製造することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、金
属チタンと硼素及び／又は硼素化合物とを反応させて硼
化チタンを製造するに際し、金属チタンとして、油水で
湿潤されてなる金属チタンを用いることを特徴とする硼
化チタンの製造方法である。

【０００７】以下、さらに詳しく本発明を説明する。

【０００８】従来の硼化チタンの製法では、チタンと硼
素の直接反応により高純度の硼化チタンが得られるが、
金属チタンは、微粉化するほど活性度が高くなるので急
激な反応となり、部分的に大きな粒成長が起こり反応の
制御が困難となる。しかも取扱いが危険である。そこで
本発明者らは、金属チタンとして、金属チタンインゴッ
トや金属チタンスラブ等の研磨・切削加工時に発生する
金属チタン屑（以下、チタンスラジという）を用いたと
ころ、驚くべきことに、このような問題点を解決するこ
とができたものである。

【０００９】チタンスラジは、チタンの他に主として油
と水を含んでいることから、本発明で使用できる金属チ
タン原料は、チタンスラジに限られることはなく、金属
チタンを油水で湿潤されたものであればよい。その際の
油分としては、各種の油、例えば鉱物油・動物油・植物
油・混成油・塩化油・硫化油・合成油等の一般潤滑油・
機械工作油（研削油等）などが使用できる。このよう
に、金属チタンを油水により湿潤させることによって表
面が保護された状態となり、特にチタンスラジに典型な
平板状金属チタンにおいては、特別の取扱いをしなくて
も通常の取扱いで危険のないものにすることができる。

【００１０】油水の組成は、油分１０〜７０重量％で水
分９０〜３０重量％であることが好ましい。油分が１０
重量％未満では金属チタンが着火しやすく危険な状態と
なり、一方、油分が７０重量％を越えると高粘性となっ
て取扱いが不便となったり、炭素やアルカリ成分が多く
なって高純度の硼化チタンを製造するのに悪影響を与え
る。

【００１１】金属チタンと油水の湿潤状態を形成させる
ための両者の混合割合は、金属チタン３０〜８０重量％
で油水７０〜２０重量％であることが好ましい。油水が
２０重量％未満では金属チタンは着火しやすく極めて危
険となる。一方、油水が７０重量％を越えると金属チタ
ンは安全であるが原料はスラリー状となって取扱いに不
便となる。

【００１２】上記油水で湿潤される金属チタンとして
は、微粉から比較的粗粉のものまで使用することがで
き、さらには金属チタンの展伸材関連工業において発生
するチタン屑をも利用することができる。

【００１３】油水で湿潤された金属チタンの典型例はチ
タンスラジであり、これを用いることによって産業廃棄
物の有効利用が図れる。チタンスラジ中の金属チタン分
は、研磨や切削等の際に発生するチタン屑・切粉であっ
て、粉状・粒状・線状・糸状・リボン状・帯状・平板状
等いわゆる木材加工でのカンナ屑・切粉の形態を有して
いる。

【００１４】現在、チタンスラジは有効な回収方法が見
出されないまま産業廃棄物として処理されている。しか
るに、最近のチタン関連産業の需要の伸びが大きく、そ
れにともなってチタンスラジの量も増加の傾向をたど
り、業界では処理技術の開発が切望されている。この大
量に発生するチタンスラジを硼化チタンの製造原料とし
て使用した点においても本発明の意義がある。

【００１５】金属チタンを用いた硼化チタンの生成反応
は、主に次の反応式が知られており、これに従って硼化
チタンの生成反応は進行する。１）Ｔｉ＋２Ｂ→ＴｉＢ₂ ２）Ｔｉ＋２ＢＮ→ＴｉＢ₂＋Ｎ₂ ３）Ｔｉ＋Ｂ₂Ｏ₃＋３Ｃ→ＴｉＢ₂＋３ＣＯ４）Ｔｉ＋２Ｈ₃ＢＯ₃＋３Ｃ→ＴｉＢ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋
３ＣＯ５）７Ｔｉ＋３Ｂ₄Ｃ＋Ｂ₂Ｏ₃→７ＴｉＢ₂＋３ＣＯ６）７Ｔｉ＋３Ｂ₄Ｃ＋２Ｈ₃ＢＯ₃→７ＴｉＢ₂＋３
Ｈ₂Ｏ＋３ＣＯ

【００１６】本発明では、油水で湿潤された金属チタン
と、例えば硼素・窒化硼素・炭化硼素・酸化硼素・硼酸
等の粉末等の硼素含有原料と、さらに酸化硼素と硼酸を
使用する場合には還元剤としての炭素粉末・炭化硼素粉
末等とをほぼ理論量で配合し、例えばボールミル等の混
合装置で十分混合する。チタンスラジを利用した場合に
は脱油、脱水等の前処理をせずにそのまま使用する。

【００１７】次いで、上記混合物を水添加による湿式造
粒法にて粒状化し乾燥後、または上記混合物を一般の加
圧成型機で加圧成形処理後、黒鉛るつぼ中で、あるいは
不純物の混入を避けるために例えば六方晶窒化硼素のる
つぼ等の高温耐火物を内側に使用したり、黒鉛るつぼの
内側に六方晶窒化硼素膜を施したものを用いて、アルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気下、高周波加熱炉等にて加熱反
応させる。加熱反応に際しては、油水を含んでいるた
め、１０００℃以下での昇温速度を１０〜１７℃/min程
度と緩やかにすることが好ましい。得られた反応物の凝
集体をボールミルや振動ミル等により解砕することによ
って硼化チタン粉末を得ることができる。

【００１８】以上のようにして得られた硼化チタン粉末
の品質・性能は、従来市販されているものと同等あるい
はそれ以上であり、金属チタンを湿潤させるに使用した
油水の影響はほとんど見られない。

【００１９】

【実施例】以下に実施例と比較例をあげて本発明をさら
に詳しく説明する。実施例１油水（混成潤滑油分１４．４重量％、水分８５．６重量
％）５７．１重量％と平均粒径１７．０μｍの金属チタ
ン粉末４２．９重量％とを混合し油水で湿潤された金属
チタンを準備した。この金属チタン７３. ８ｇに対し六
方晶窒化硼素７６．５ｇを配合し、ボールミルにより混
合した後、水添加による湿式造粒法にて粒径１０ｍｍ以
上の粒状とし、乾燥後、それを円筒状黒鉛るつぼの内側
に組み込んだ外径８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ９０ｍ
ｍの六方晶窒化硼素るつぼに充填し、アルゴンガス雰囲
気下、温度１０００℃までの昇温速度を１７℃/min、平
均昇温速度２３℃/minとし、温度１９００℃、保持時間
６０分間の条件で、高周波加熱炉にて反応させた。

【００２０】得られた反応物を振動ミルで１５分間解砕
し、それを粉末Ｘ線回折法により同定したところ、硼化
チタンであることを確認した。また、化学分析の結果、
酸素及び炭素はそれぞれ０. ２９重量％、０. １２重量
％と少なく、平均粒径が６.１μｍの高純度の硼化チタ
ン粉末であった。

【００２１】実施例２チタンスラジ〔金属チタン：４８．０重量％、油水（塩
化油系研削油分６７．３重量％、水分３２．７重量
％）：５２．０重量％〕に、チタンスラジ中の金属チタ
ン８５．７ｇに対し硼素３８. ７ｇを混合し、加圧成形
により直径１０ｍｍ、長さ３０〜５０ｍｍの成形体と
し、それを実施例１と同様の装置を用いて、平均昇温速
度１５℃/min、温度１７００℃で加熱処理した。

【００２２】得られた反応物を振動ミルで１５分間解砕
し、それを粉末Ｘ線回折法により同定したところ、硼化
チタンであることを確認した。また、化学分析の結果、
酸素及び炭素はそれぞれ０. ２５重量％、０. ０６重量
％であり、平均粒径が４. ０μｍの高純度の硼化チタン
粉末であった。

【００２３】実施例３油水（混成潤滑油分３１．８重量％、水分６８．２重量
％）２２．０重量％と平均粒径４. ０μｍの金属チタン
粉末７８．０重量％を混合し油水で湿潤された金属チタ
ンを準備した。この金属チタン６４．５ｇに対し酸化硼
素９３．７ｇとコークス４８．５ｇを混合し、加圧成形
により直径１２ｍｍ、長さ３０〜５０ｍｍの成形体と
し、それを実施例１と同様の装置を用いて、温度１８５
０℃で加熱処理した。

【００２４】得られた反応物を振動ミルで１５分間解砕
し、それを粉末Ｘ線回折法により同定したところ、硼化
チタンであることを確認した。また、化学分析の結果、
酸素及び炭素はそれぞれ０. １０重量％、０. １４重量
％であり、平均粒径が４. ９μｍの高純度の硼化チタン
粉末であった。

【００２５】実施例４チタンスラジ〔金属チタン：４５．１重量％、油水（塩
化油系研削油分８９．１重量％、水分１０．９重量
％）：５４．９重量％〕に、チタンスラジ中の金属チタ
ン７３．８ｇに対し炭化硼素３６．５ｇと硼酸２７．２
ｇを混合・造粒し、それを実施例１と同様の装置を用い
て、温度１８００℃で加熱処理した。

【００２６】得られた反応物を振動ミルで１５分間解砕
し、それを粉末Ｘ線回折法により同定したところ、硼化
チタンであることを確認した。また、化学分析の結果、
酸素及び炭素はそれぞれ０. ０６重量％、０. １９重量
％であり、平均粒径が４. ５μｍの高純度の硼化チタン
粉末であった。

【００２７】比較例１油水で湿潤された金属チタンのかわりに、市販の金属チ
タン粉末を用いたこと以外は実施例１と同様にして硼化
チタンを製造した。その結果、硼化チタン以外に窒化チ
タンがわずかに認められた。また、化学分析の結果、酸
素と炭素がそれぞれ０．４〜１．２重量％と多く、平均
粒径も１０μｍよりも大きく、部分的に粒径の大きいも
のが存在し不均一な粒度分布であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明のように、油水で湿潤された金属
チタンを硼化チタンの製造原料として用いることによ
り、高純度で平均粒径が１０μｍ以下の均一な粒度分布
を有する硼化チタン粉末を安全に製造することができ
る。また、今後、さらに需要が延びることが期待される
チタン関連産業におけるチタンスラジ（産業廃棄物）の
有効利用を図ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属チタンと硼素及び／又は硼素化合物
とを反応させて硼化チタンを製造するに際し、金属チタ
ンとして、油水で湿潤されてなる金属チタンを用いるこ
とを特徴とする硼化チタンの製造方法。