JPH05330999A - ＴｉＮウイスカーの製造方法 - Google Patents
ＴｉＮウイスカーの製造方法Info
- Publication number
- JPH05330999A JPH05330999A JP16196392A JP16196392A JPH05330999A JP H05330999 A JPH05330999 A JP H05330999A JP 16196392 A JP16196392 A JP 16196392A JP 16196392 A JP16196392 A JP 16196392A JP H05330999 A JPH05330999 A JP H05330999A
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- Japan
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- tin
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- parts
- whiskers
- tin whisker
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価で無害な粉末原料系を用いて良性状のＴ
ｉＮウイスカーを効率よく生成させることができる工業
的な製造方法を提供する。 【構成】 二酸化チタンまたは／およびチタン酸アルカ
リ金属塩からなるＴｉ源原料 100重量部に対し、炭材原
料50〜200 重量部とＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの塩化物から選ば
れた生成触媒１〜30重量部を均一に混合する。この混合
物を窒素含有ガス雰囲気中で1000〜1500℃の温度に処理
して加熱反応させる。原料系に、塩化ナトリウムの粉末
化抑制材を添加させることもできる。
ｉＮウイスカーを効率よく生成させることができる工業
的な製造方法を提供する。 【構成】 二酸化チタンまたは／およびチタン酸アルカ
リ金属塩からなるＴｉ源原料 100重量部に対し、炭材原
料50〜200 重量部とＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの塩化物から選ば
れた生成触媒１〜30重量部を均一に混合する。この混合
物を窒素含有ガス雰囲気中で1000〜1500℃の温度に処理
して加熱反応させる。原料系に、塩化ナトリウムの粉末
化抑制材を添加させることもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、良性状のＴｉＮウイス
カーを工業的に有利に生産するための製造方法に関す
る。
カーを工業的に有利に生産するための製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化チタンの針状結晶で構成されるＴｉ
Ｎウイスカーは、高度の機械的強度、硬度、耐熱性、化
学的安定性に加えて優れた伝導性を有しているため特に
セラミックス物質の複合強化材として注目されており、
形成されたウイスカー強化セラミックス複合材(WRC) は
切削工具やタービンまたは内燃エンジン等の部材として
期待されている。
Ｎウイスカーは、高度の機械的強度、硬度、耐熱性、化
学的安定性に加えて優れた伝導性を有しているため特に
セラミックス物質の複合強化材として注目されており、
形成されたウイスカー強化セラミックス複合材(WRC) は
切削工具やタービンまたは内燃エンジン等の部材として
期待されている。
【０００３】従来、ＴｉＮウイスカーの製造技術として
は、二酸化チタンまたチタン酸アルカリ金属塩をＮａＣ
Ｎ、ＫＣＮといったシアン化合物と反応させる方法（米
国特許第4,883,559 号明細書）が知られている。しかし
ながら、この方法では原料成分に高価で毒性の強いシア
ン化合物を使用しなければならないため、工業生産規模
の製造技術としては条件的に不利な要素が多い。
は、二酸化チタンまたチタン酸アルカリ金属塩をＮａＣ
Ｎ、ＫＣＮといったシアン化合物と反応させる方法（米
国特許第4,883,559 号明細書）が知られている。しかし
ながら、この方法では原料成分に高価で毒性の強いシア
ン化合物を使用しなければならないため、工業生産規模
の製造技術としては条件的に不利な要素が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、このよ
うな特殊な原料成分を用いずに安価で無害な原料系によ
るＴｉＮウイスカーの製造方法につき研究を重ねた結
果、粉末状Ｔｉ源原料と炭材原料とを遷移金属塩化物系
の生成触媒と混合したのち加熱窒化処理すると良性状の
ＴｉＮウイスカーが生成することを確認した。
うな特殊な原料成分を用いずに安価で無害な原料系によ
るＴｉＮウイスカーの製造方法につき研究を重ねた結
果、粉末状Ｔｉ源原料と炭材原料とを遷移金属塩化物系
の生成触媒と混合したのち加熱窒化処理すると良性状の
ＴｉＮウイスカーが生成することを確認した。
【０００５】本発明は前記の知見に基づいて開発された
もので、安価で無害な原料系を用いて良性状のＴｉＮウ
イスカーを効率よく生成することができる工業的な製造
方法の提供を目的としている。
もので、安価で無害な原料系を用いて良性状のＴｉＮウ
イスカーを効率よく生成することができる工業的な製造
方法の提供を目的としている。
【０００６】
【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ＴｉＮウイスカーの製造方法は、二酸
化チタンまたは／およびチタン酸アルカリ金属塩からな
るＴｉ源原料１００重量部に対し、炭素質粉末からなる
炭材原料５０〜２００重量部およびＦｅ、ＮｉまたはＣ
ｏの塩化物から選ばれた生成触媒１〜３０重量部を均一
に混合し、この混合物を窒素含有ガス雰囲気中で１００
０〜１５００℃の温度で加熱処理することを構成上の特
徴とする。
めの本発明によるＴｉＮウイスカーの製造方法は、二酸
化チタンまたは／およびチタン酸アルカリ金属塩からな
るＴｉ源原料１００重量部に対し、炭素質粉末からなる
炭材原料５０〜２００重量部およびＦｅ、ＮｉまたはＣ
ｏの塩化物から選ばれた生成触媒１〜３０重量部を均一
に混合し、この混合物を窒素含有ガス雰囲気中で１００
０〜１５００℃の温度で加熱処理することを構成上の特
徴とする。
【０００７】本発明の主原料となるＴｉ源としては、粉
末状の二酸化チタン(TiO2)、粉末またはウイスカー状の
Ｋ2 Ｔｉ6 Ｏ13やＮａ2 Ｔｉ6 Ｏ13のようなチタン酸ア
ルカリ金属塩が用いられ、それぞれ単独もしくは混合し
て使用に供する。炭材となる炭素質粉末としては、非晶
系炭素粉、黒鉛粉、粉末活性炭、カーボンブラックなど
を挙げることができるが、本来的に比表面積の大きなカ
ーボンブラックを適用することが好ましい。
末状の二酸化チタン(TiO2)、粉末またはウイスカー状の
Ｋ2 Ｔｉ6 Ｏ13やＮａ2 Ｔｉ6 Ｏ13のようなチタン酸ア
ルカリ金属塩が用いられ、それぞれ単独もしくは混合し
て使用に供する。炭材となる炭素質粉末としては、非晶
系炭素粉、黒鉛粉、粉末活性炭、カーボンブラックなど
を挙げることができるが、本来的に比表面積の大きなカ
ーボンブラックを適用することが好ましい。
【０００８】生成触媒には、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏの塩
化物が選択的に使用される。かかる遷移金属の化合物で
あっても塩化物以外のものではＴｉＮウイスカーの生成
を促進助長させる効果は乏しい。この他、原料系には必
要に応じ粉末化抑制材としてＮａＣｌ、ＫＣｌなどアル
カリ金属の塩化物を添加することができる。この成分は
加熱反応時に粉末ＴｉＮの生成を抑制する作用があって
相対的にＴｉＮウイスカーの生成収率を向上させ、同時
に曲がりや枝分かれのない伸直性のウイスカー性状を生
成させるために有効に機能する。
化物が選択的に使用される。かかる遷移金属の化合物で
あっても塩化物以外のものではＴｉＮウイスカーの生成
を促進助長させる効果は乏しい。この他、原料系には必
要に応じ粉末化抑制材としてＮａＣｌ、ＫＣｌなどアル
カリ金属の塩化物を添加することができる。この成分は
加熱反応時に粉末ＴｉＮの生成を抑制する作用があって
相対的にＴｉＮウイスカーの生成収率を向上させ、同時
に曲がりや枝分かれのない伸直性のウイスカー性状を生
成させるために有効に機能する。
【０００９】上記の原料成分は、Ｔｉ源原料１００重量
部に対し、炭材原料５０〜２００重量部、生成触媒１〜
３０重量部の配合比率で均一に混合する。炭材原料の配
合量が５０重量部未満ではＴｉ源原料の窒化反応が円滑
に進行せず、また２００重量部を越えると未反応の炭材
が多く残留して後処理の除去分離が煩雑となる。一方、
生成触媒の配合比率は１重量部を下廻ると触媒効果が発
揮されず、３０重量部を越える配合は効果の点から不要
となり寧ろ不純物としての残留量が多くなる。粉末化抑
制材を加える場合の添加量は、Ｔｉ源原料１００重量部
あたり１０〜１００重量部の範囲に設定することが好ま
しく、この範囲を下廻る量では効果がなく、上廻る配合
は不要となる。
部に対し、炭材原料５０〜２００重量部、生成触媒１〜
３０重量部の配合比率で均一に混合する。炭材原料の配
合量が５０重量部未満ではＴｉ源原料の窒化反応が円滑
に進行せず、また２００重量部を越えると未反応の炭材
が多く残留して後処理の除去分離が煩雑となる。一方、
生成触媒の配合比率は１重量部を下廻ると触媒効果が発
揮されず、３０重量部を越える配合は効果の点から不要
となり寧ろ不純物としての残留量が多くなる。粉末化抑
制材を加える場合の添加量は、Ｔｉ源原料１００重量部
あたり１０〜１００重量部の範囲に設定することが好ま
しく、この範囲を下廻る量では効果がなく、上廻る配合
は不要となる。
【００１０】原料混合物は、黒鉛材のような耐熱性材質
で構成された蓋付の反応容器に入れて加熱反応させる。
この際、原料混合物は黒鉛板の上に敷いた状態で反応容
器にセットし、蓋には窒素含有ガスが容器内を充満し、
かつ原料混合物が導入ガスにより外部に飛散しない程度
の小孔を複数個穿設しておくことが好ましい。
で構成された蓋付の反応容器に入れて加熱反応させる。
この際、原料混合物は黒鉛板の上に敷いた状態で反応容
器にセットし、蓋には窒素含有ガスが容器内を充満し、
かつ原料混合物が導入ガスにより外部に飛散しない程度
の小孔を複数個穿設しておくことが好ましい。
【００１１】加熱反応は、前記の反応容器を窒素含有ガ
ス雰囲気に保持された加熱炉に移し炉を昇温させること
によりおこなわれる。窒素含有ガスとしては、Ｎ2 ガス
やＮＨ3 ガスなどが使用される。加熱温度は、１０００
℃未満では窒化反応が円滑に進行せず、また１５００℃
を越える温度は反応の促進には貢献しなくなるため、１
０００〜１５００℃の範囲内に設定する。反応時間は加
熱温度に支配され、温度が高いほど短時間で済む。通
常、１３００℃の温度では２時間程度で反応が完結す
る。
ス雰囲気に保持された加熱炉に移し炉を昇温させること
によりおこなわれる。窒素含有ガスとしては、Ｎ2 ガス
やＮＨ3 ガスなどが使用される。加熱温度は、１０００
℃未満では窒化反応が円滑に進行せず、また１５００℃
を越える温度は反応の促進には貢献しなくなるため、１
０００〜１５００℃の範囲内に設定する。反応時間は加
熱温度に支配され、温度が高いほど短時間で済む。通
常、１３００℃の温度では２時間程度で反応が完結す
る。
【００１２】ついで、反応生成物を反応容器から取り出
して未反応の炭材成分を除去するための後処理を施す。
後処理手段としては、例えば空気中で炭材成分を燃焼除
去する方法を適用してもよいが、この場合にはＴｉＮが
酸化されてＴｉＯ2 に転化する不都合がある。このた
め、反応生成物を有機溶媒（トルエン、軽油、灯油等）
と水からなる二相液体中に投入して激しく振盪し、非親
水性の炭材成分を有機溶媒相に、また親水性のＴｉＮ成
分を水相側に分別する液相分離法を用いることが好適で
ある。液相分離により回収したＴｉＮ成分は濾過、乾燥
したのち、湿式サイクロンなどを用いストークス径の差
を利用してウイスカーと粉末とに分離精製する。
して未反応の炭材成分を除去するための後処理を施す。
後処理手段としては、例えば空気中で炭材成分を燃焼除
去する方法を適用してもよいが、この場合にはＴｉＮが
酸化されてＴｉＯ2 に転化する不都合がある。このた
め、反応生成物を有機溶媒（トルエン、軽油、灯油等）
と水からなる二相液体中に投入して激しく振盪し、非親
水性の炭材成分を有機溶媒相に、また親水性のＴｉＮ成
分を水相側に分別する液相分離法を用いることが好適で
ある。液相分離により回収したＴｉＮ成分は濾過、乾燥
したのち、湿式サイクロンなどを用いストークス径の差
を利用してウイスカーと粉末とに分離精製する。
【００１３】このようにして得られるＴｉＮウイスカー
は、直径０．０５〜５μm 、長さ５〜２００μm のアス
ペクト性状を有する微小針状結晶で、Ｘ線回折パターン
ではｄ値として２．４４オングストローム、２．１２オ
ングストローム、１．４９６オングストロームにＴｉＮ
結晶の回折線を示すものである。
は、直径０．０５〜５μm 、長さ５〜２００μm のアス
ペクト性状を有する微小針状結晶で、Ｘ線回折パターン
ではｄ値として２．４４オングストローム、２．１２オ
ングストローム、１．４９６オングストロームにＴｉＮ
結晶の回折線を示すものである。
【００１４】
【作用】本発明によるＴｉＮウイスカーの生成機構につ
いては未だ明確に解明されていないが、次のように推測
することができる。すなわち、ウイスカー生成はウイス
カー径が成長先端における液滴の大きさに依存するＶＬ
Ｓ(Vapor-Liquid-Solid)機構により進行し、この生成過
程において生成触媒中のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属成分
は成長活性点（液相）を形成するために機能し、同時に
塩化物を構成するＣｌ成分がＴｉ源からＴｉ成分を気化
し易くする働きをする。気化したＴｉ成分は炭材のＣ成
分と共に成長活性点となる液滴に固溶し、窒素系雰囲気
の作用を受けてＴｉＮに転化しながらウイスカーとして
結晶成長する。
いては未だ明確に解明されていないが、次のように推測
することができる。すなわち、ウイスカー生成はウイス
カー径が成長先端における液滴の大きさに依存するＶＬ
Ｓ(Vapor-Liquid-Solid)機構により進行し、この生成過
程において生成触媒中のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属成分
は成長活性点（液相）を形成するために機能し、同時に
塩化物を構成するＣｌ成分がＴｉ源からＴｉ成分を気化
し易くする働きをする。気化したＴｉ成分は炭材のＣ成
分と共に成長活性点となる液滴に固溶し、窒素系雰囲気
の作用を受けてＴｉＮに転化しながらウイスカーとして
結晶成長する。
【００１５】上記の作用が相乗して、安価で無害な固相
粉末原料系によっても良性状のＴｉＮウイスカーを効率
よく工業生産することが可能となる。
粉末原料系によっても良性状のＴｉＮウイスカーを効率
よく工業生産することが可能となる。
【００１６】
実施例１〜１１ Ｔｉ源原料として試薬一級アナターゼ型の二酸化チタン
(TiO2)粉末または市販のチタン酸カリウム(K2Ti6O1 3)ウ
イスカー、炭材原料にカーボンブラック、生成触媒に試
薬特級の塩化ニッケル(NiCl2・6H2O) を乾燥して得た無
水塩化ニッケル(NiCl2) 、粉末化抑制材として試薬一級
の塩化ナトリウム(NaCl)を使用し、表１の原料系配合比
率になるように配合した。
(TiO2)粉末または市販のチタン酸カリウム(K2Ti6O1 3)ウ
イスカー、炭材原料にカーボンブラック、生成触媒に試
薬特級の塩化ニッケル(NiCl2・6H2O) を乾燥して得た無
水塩化ニッケル(NiCl2) 、粉末化抑制材として試薬一級
の塩化ナトリウム(NaCl)を使用し、表１の原料系配合比
率になるように配合した。
【００１７】
【表１】
【００１８】配合物を均一分散するまで十分に機械的に
撹拌混合し、該原料混合物を黒鉛板の上に敷いて内径１
００mm、長さ１７０mmの円筒容器にセットし、側面に５
個の小孔を設けた蓋を取りつけた。この反応容器を窒素
ガス流通雰囲気に保持された高周波加熱炉に入れ、１３
００℃の温度に２時間処理して加熱反応させた。
撹拌混合し、該原料混合物を黒鉛板の上に敷いて内径１
００mm、長さ１７０mmの円筒容器にセットし、側面に５
個の小孔を設けた蓋を取りつけた。この反応容器を窒素
ガス流通雰囲気に保持された高周波加熱炉に入れ、１３
００℃の温度に２時間処理して加熱反応させた。
【００１９】処理後の生成物を反応容器から取り出し、
プレス圧縮してウイスカー相互の融着点を切り離したの
ち灯油を満たした分液濾斗に投入した。ついで、分液濾
斗に灯油より若干多い量の水を加えて振盪処理を施し、
二液分別により水相側に移行したＴｉＮ成分を分離し、
濾過したのち真空乾燥した。引き続き湿式サイクロンに
かけ、ストークス径１０μm を境とするウイスカーと粉
末とに分離精製した。
プレス圧縮してウイスカー相互の融着点を切り離したの
ち灯油を満たした分液濾斗に投入した。ついで、分液濾
斗に灯油より若干多い量の水を加えて振盪処理を施し、
二液分別により水相側に移行したＴｉＮ成分を分離し、
濾過したのち真空乾燥した。引き続き湿式サイクロンに
かけ、ストークス径１０μm を境とするウイスカーと粉
末とに分離精製した。
【００２０】このようにして得られた各ＴｉＮ生成物に
つき、Ｔｉ源中のＴｉ成分に対する全ＴｉＮの重量収率
（ＴｉＮ収率）、該全ＴｉＮに占めるＴｉＮウイスカー
の重量比率（ＴｉＮw 収率) 、生成したＴｉＮウイスカ
ーの性状等を測定した。その結果を実施例No. と対比さ
せて表２に示した。
つき、Ｔｉ源中のＴｉ成分に対する全ＴｉＮの重量収率
（ＴｉＮ収率）、該全ＴｉＮに占めるＴｉＮウイスカー
の重量比率（ＴｉＮw 収率) 、生成したＴｉＮウイスカ
ーの性状等を測定した。その結果を実施例No. と対比さ
せて表２に示した。
【００２１】
【表２】
【００２２】表１の結果から、本発明の製造条件を満た
すことにより良性状のＴｉＮウイスカーが効率よく得ら
れることが判明する。とくに粒状化抑制材を併用した原
料系では、曲りや枝分れの極く少ない優れた伸直性のＴ
ｉＮウイスカーを生成することができる。
すことにより良性状のＴｉＮウイスカーが効率よく得ら
れることが判明する。とくに粒状化抑制材を併用した原
料系では、曲りや枝分れの極く少ない優れた伸直性のＴ
ｉＮウイスカーを生成することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば安価で無
害な固相原料系を用いて高品位のＴｉＮウイスカーを効
率よく製造することが可能となる。したがって、セラミ
ックス複合強化材用のＴｉＮウイスカーを工業的に生産
する製造技術として極めて有用である。
害な固相原料系を用いて高品位のＴｉＮウイスカーを効
率よく製造することが可能となる。したがって、セラミ
ックス複合強化材用のＴｉＮウイスカーを工業的に生産
する製造技術として極めて有用である。
Claims (2)
- 【請求項１】 二酸化チタンまたは／およびチタン酸ア
ルカリ金属塩からなるＴｉ源原料１００重量部に対し、
炭素質粉末からなる炭材５０〜２００重量部およびＦ
ｅ、ＮｉまたはＣｏの塩化物から選ばれた生成触媒１〜
３０重量部を均一に混合し、この混合物を窒素含有ガス
雰囲気中で１０００〜１５００℃の温度に加熱処理する
ことを特徴とするＴｉＮウイスカーの製造方法。 - 【請求項２】 粉末化抑制材として、アルカリ金属の塩
化物１０〜１００重量部を添加混合する請求項１記載の
ＴｉＮウイスカーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16196392A JPH05330999A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | ＴｉＮウイスカーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16196392A JPH05330999A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | ＴｉＮウイスカーの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05330999A true JPH05330999A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=15745403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16196392A Pending JPH05330999A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | ＴｉＮウイスカーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05330999A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010132552A (ja) * | 2010-01-27 | 2010-06-17 | Lucelabo:Kk | 遷移金属窒化物の製造方法 |
-
1992
- 1992-05-28 JP JP16196392A patent/JPH05330999A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010132552A (ja) * | 2010-01-27 | 2010-06-17 | Lucelabo:Kk | 遷移金属窒化物の製造方法 |
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