JPH06279020A

JPH06279020A - 二ホウ化タンタル微粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH06279020A
Application number: JP7170093A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takahashi; 明彦高橋; Hiroshi Tabuchi; 宏田渕; Shinji Fujiwara; 進治藤原
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】急激な発熱反応を起こさずに反応温度を制御
し、かつ、１２００℃以下の低温でも１μｍ以下の微粒
子を多量に含む二ホウ化タンタル微粉末の製造方法を提
供する。【構成】アルミニウムにタンタル原料およびホウ素原料
を添加し、加熱、保持条件が不活性雰囲気下で、反応温
度Ｔ（℃）および反応時間ｔ（時間）が下記の式で囲ま
れた範囲で、アルミニウム溶湯中に二ホウ化タンタルの
微粒子を析出させ、次いで該アルミニウム溶湯を常温ま
で冷却してからアルミニウムを除去することを特徴とす
る。Ｔ≦１１５０−１０ｔ０．５≦ｔ≦１５Ｔ≧９００

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高硬度、高融点、高耐食
性および良導電性といった優れた特性を有する二ホウ化
タンタル微粉末の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二ホウ化タンタルは、耐熱衝撃性、耐摩
耗性、耐薬品性、金属的な電気抵抗を示す材料で、該粉
末の工業的な製造方法としては、タンタルとホウ素の混
合粉末を加熱反応させる方法、酸化タンタルとホウ素ま
たは炭化ホウ素の混合粉末を熱還元反応させる方法等が
知られている。

【０００３】しかし、これらの方法で製造された二ホウ
化タンタル粉末は、強固な二次凝集粒子を含み、１μｍ
以下の微粉末とするためには粉砕工程を必要とする。ま
た、粉砕媒体からの不純物の混入を避けることができ
ず、高純度で微細な粉末を得ることは困難であった。

【０００４】他の方法として、金属融剤中で二ホウ化タ
ンタルの単結晶を得る方法が知られている。岡田らは、
金属タンタル、結晶性ホウ素粉末および金属融剤として
のアルミニウムチップとの乾式混合物をアルゴンガス雰
囲気下、１１５０〜１５００℃で反応させることによっ
て二ホウ化タンタルの単結晶を合成した。この方法によ
って得られる二ホウ化タンタルの単結晶は、１１５０〜
１４００℃で数μｍ程度、１４００〜１５００℃で１０
〜１５μｍ程度の六方多面体状の粗大な単結晶粒子であ
ることが開示されているが、１１００℃では未反応のホ
ウ素が残存し、１μｍ以下の微粒子は得られていない。
〔日本化学会誌、Ｎｏ．８、１５３５頁（１９８５
年）〕。

【０００５】米国特許第４９２１５３１号には、金属融
剤を用いて二ホウ化チタン、炭化チタンなどのセラミッ
クス粉末を得る方法が開示されている。ここでは、反応
性のあるセラミックス形成成分（例えばチタン、ホウ
素、炭素）と、非反応性の金属融剤（例えばアルミニウ
ム、鉄、クロム）との均一な混合物を圧縮成形体とし、
金属融剤の融点まで加熱、セラミックス形成成分の反応
を開始させ、その発熱反応を利用することにより混合物
を更に加熱する。冷却後、得られた反応生成物から金属
融剤を除去することによって、０．０１〜１０μｍ程度
の粒度範囲を有する二ホウ化チタン、炭化チタン等のセ
ラミックス粉末が得られることが開示されているが、セ
ラッミクス形成成分間の発熱反応を利用するために、反
応温度制御が困難であった。また、二ホウ化タンタルの
製造については例示されていなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】金属融剤を用いるこれ
までの方法では、反応に高温を必要とし、得られた粉末
には多くの粗大粒子を含むので、１μｍ以下の微粒子を
多量に含む二ホウ化タンタルの微粉末を得る方法につい
ては、いまだ確立されていない状況であった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、急激な発熱反応
を起こさずに反応温度を制御し、かつ、１２００℃以下
の低温でも１μｍ以下の微粒子を多量に含む二ホウ化タ
ンタル微粉末を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる現状に鑑み、本発
明者らは二ホウ化タンタル微粉末の製造方法について鋭
意検討を重ねた結果、金属融剤を用いる方法において、
アルミニウムにタンタルとホウ素を加える際にタンタル
とホウ素との間に急激な発熱反応が起こらず、低温でも
二ホウ化タンタルが生成するようなタンタルの原料の粒
度、原料の混合割合と反応条件のもとで１μｍ以下の微
粒子を多量に含む二ホウ化タンタル微粉末の製造方法を
見いだし、本発明を完成させるに至ったものである。

【０００９】すなわち、本発明は下記のものである。（１）アルミニウムにタンタル原料およびホウ素原料を
添加し、加熱、保持する条件が、不活性雰囲気下、反応
温度Ｔ（℃）および反応時間ｔ（時間）が下記の式で囲
まれた範囲で、アルミニウム溶湯中に二ホウ化タンタル
の微粒子を析出させ、次いで該アルミニウム溶湯を常温
まで冷却してからアルミニウムを除去することを特徴と
する二ホウ化タンタル微粉末の製造方法。Ｔ≦１１５０−１０ｔ０．５≦ｔ≦１５Ｔ≧９００（２）添加するタンタル原料およびホウ素原料の粒子径
が３０μｍ以下であることを特徴とする前記（１）記載
の二ホウ化タンタル微粉末の製造方法。（３）タンタル原料およびホウ素原料の添加量が、タン
タル原料およびホウ素原料の添加物とアルミニウムとの
全量に対し二ホウ化タンタルに換算して１０〜３５重量
％であることを特徴とする前記（１）または（２）記載
の二ホウ化タンタル微粉末の製造方法。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいては、アルミニウム溶湯中に溶解するものであれ
ば、タンタルやホウ素の原料としてはどんなものでも用
いることができる。タンタルの原料としては、例えば、
金属タンタル、タンタルアルミナイド（Ａｌ₃Ｔａ）、
酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）等が挙げられる。また、ホ
ウ素の原料としては、例えば非晶質および結晶質ホウ
素、ホウ化アルミニウム（ＡｌＢ₂、ＡｌＢ₁₂等）、酸
化ホウ素等が挙げられる。

【００１１】アルミニウム溶湯中に溶解したタンタルと
ホウ素は、溶湯中で反応して二ホウ化タンタルとなり析
出される。

【００１２】この場合、使用されるタンタルの原料とし
ての形態は、粉末状のものが好ましく、その粉末の粒子
径は３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である。

【００１３】タンタルの原料粉末の平均粒子径が３０μ
ｍを超える場合は、反応が十分に起こらず、未反応の原
料が残存し、また、得られる二ホウ化タンタルは粗大な
凝集粒子となるものが多いので好ましくない。

【００１４】ホウ素の原料としての形態は、塊状又は粉
末状のものが使用できるが、原料を均一に混合させた
り、反応後に未反応原料が残らないためには、粉末状
で、できる限り微細なものが好ましい。

【００１５】また、ホウ素の原料としてホウ素粉末を用
いる場合、一般に市販の結晶質又は非晶質粉末のどちら
を用いてもよい。

【００１６】タンタルやホウ素の原料の純度について
は、得に限定されるものではない。これら原料が不純物
元素を含むものであっても、金属融剤中で二ホウ化タン
タルの粒子が生成する際の精製効果によって、高純度の
二ホウ化タンタルの粒子が最終的に得られるからであ
る。

【００１７】また、金属融剤としては、アルミニウムの
他に鉄やクロム等を用いることができるが、取り扱いの
容易さからアルミニウムが好適である。

【００１８】アルミニウムの原料の形態としては粉末
状、チップ状のものを用いることができるが、その取り
扱いの容易さから、また、タンタルとホウ素との急激な
発熱反応を抑制するためにもチップ状のものが好まし
い。

【００１９】また、使用するアルミニウムの純度につい
ては、高純度なものを用いるほど得られる二ホウ化タン
タルの純度も高くなるので好ましい。

【００２０】次に、これら原料を均一に混合する。混合
方法については、何ら限定されるものではない。例え
ば、湿式法や乾式法等の周知の方法を用いることができ
る。

【００２１】アルミニウムにタンタル原料とホウ素原料
を加える場合、タンタル原料とホウ素原料の添加量は、
タンタル原料とホウ素原料の添加物とアルミニウムとの
全量に対し二ホウ化タンタルに換算して１０〜３５重量
％含有するように加えるのが好ましい。

【００２２】タンタル原料とホウ素原料の添加量が１０
重量％より少ない場合は、１μｍ以下の微粒子の収率が
低く好ましくない。また、３５重量％を超える場合も、
微粒子の収率が低く、また、未反応原料の残存や生成し
た二ホウ化タンタルの粒子間の凝集が生じて好ましくな
い。

【００２３】反応条件は、不活性雰囲気下で、下記の式
で囲まれた反応温度（Ｔ）および反応時間（ｔ）であ
る。Ｔ≦１１５０−１０ｔ０．５≦ｔ≦１５Ｔ≧９００

【００２４】反応時間（ｔ）が０．５≦ｔ≦１５の範囲
のとき、反応温度（Ｔ）がＴ＝１１５０−１０ｔを超え
る範囲では粒子の成長が起こり、１μｍ以下の微粒子は
少量しか得られず、好ましくない。また、反応温度が９
００℃より低い場合は反応が遅いので、アルミニウム溶
湯を冷却して得たアルミニウム合金上に未反応原料が残
存していて、その結果、１μｍ以下の微粒子の収率は低
く好ましくない。また、反応時間については、１５時間
より長くすると、粒子が成長して粗大粒子となるため好
ましくない。

【００２５】ここで言う不活性雰囲気とは、炉内をロ−
タリ−ポンプなどで減圧にしたのちに不活性ガスで置換
した状態のもので、その程度については特に限定される
ものではない。

【００２６】このようにして得られた二ホウ化タンタル
の微粒子を含むアルミニウム合金から該微粒子のみを採
取する。採取方法としては、該アルミニウム合金を常温
まで冷却後に、酸やアルカリの水溶液によりアルミニウ
ムのみを溶解して除去する方法を採用することができ
る。

【００２７】アルミニウムを溶解、除去した後の不溶残
分は、濾取、水洗、乾燥工程を経て二ホウ化タンタル微
粉末として採取される。

【００２８】ここで用いられる酸やアルカリの水溶液
は、アルミニウムのみを溶解し、二ホウ化タンタル粒子
を溶解しないものであれば、特に限定されるものではな
く、例えば、塩酸や水酸化ナトリウムの水溶液等を用い
ることができる。

【００２９】二ホウ化タンタルの微粒子を含むアルミニ
ウム合金の溶湯を、沈降操作や遠心分離によって濃縮
し、この濃縮した部分から二ホウ化タンタル微粉末を効
率良く採取する方法も効果がある。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。

【００３１】実施例１高純度アルミニウムチップ（純度９９．９９％、チップ
サイズ：１０×１０×１ｍｍ）４０．０４ｇに金属タン
タル微粉末（和光純薬工業株式会社製、粒子径２０μｍ
以下、平均粒子径３μｍ）１０・１２ｇと非晶質ホウ素
粉末（和光純薬工業株式会社製、平均粒子径０．９μ
ｍ）１．２１ｇとを乾式で混合して混合物を得た。この
とき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算した
含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニウ
ムチップとの合計量に対し２２．０６重量％であった。
該混合物をアルミナルツボに入れ、アルゴンガス雰囲気
下で、１１００℃まで昇温し、この温度で１時間保持し
て反応をおこないアルミニウム合金を得た。この際、タ
ンタルとホウ素の反応による、急激な発熱反応は観察さ
れなかった。冷却後、該アルミニウム合金を６規定塩酸
で処理し、アルミニウムのみを溶解、除去して粉末を得
た。ここで得られた粉末を、Ｘ線回折装置（理学電機株
式会社製、ＲＡＤ−２Ｃ）を用いて測定した結果、粉末
は二ホウ化タンタルの回折線を示した。また、その粒度
分布を遠心沈降式粒度分布測定器（島津製作所製、ＣＰ
−２型）で測定したところ、粒子全体に対して１μｍ以
下の微粒子を５２重量％含むものであった。結果を表１
および２に示す。

【００３２】実施例２実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ４０．
１１ｇに金属タンタル微粉末１０．１２ｇと非晶質ホウ
素粉末１．２１ｇとを乾式で混合して混合物を得た。こ
のとき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算し
た含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニ
ウムチップとの合計量に対し２２．０３重量％であっ
た。次いで、１０５０℃で５時間保持して反応をおこな
い、アルミニウム合金を得た。該アルミニウム合金から
分離して得られた粉末は二ホウ化タンタルの回折線を示
し、粒子全体に対して１μｍ以下の微粒子を５６重量％
含むものであった。結果を表１および２に示す。

【００３３】実施例３実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ４０．
０１ｇに金属タンタル微粉末１０．１２ｇと非晶質ホウ
素粉末１．２１ｇとを乾式で混合して混合物を得た。こ
のとき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算し
た含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニ
ウムチップとの合計量に対し２２．０７重量％であっ
た。次いで、１０００℃で１０時間保持して反応をおこ
ない、アルミニウム合金を得た。該アルミニウム合金か
ら分離して得られた粉末は二ホウ化タンタルの回折線を
示し、粒子全体に対して１μｍ以下の微粒子を５６重量
％含むものであった。結果を表１および２に示す。

【００３４】実施例４実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ１８．
６４ｇに金属タンタル微粉末８．０３ｇと非晶質ホウ素
粉末０．９６ｇとを乾式で混合して混合物を得た。この
とき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算した
含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニウ
ムチップとの合計量に対し３２．５４重量％であった。
以下、実施例１と同様な方法でアルミニウム合金を得
た。該アルミニウム合金から分離して得られた粉末は二
ホウ化タンタルの回折線を示し、粒子全体に対して１μ
ｍ以下の微粒子を５６重量％含むものであった。結果を
表１および２に示す。

【００３５】実施例５実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ４０．
０５ｇに金属タンタル微粉末４．４７ｇと非晶質ホウ素
粉末０．５３ｇとを乾式で混合して混合物を得た。この
とき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算した
含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニウ
ムチップとの合計量に対し１１．１０重量％であった。
以下、実施例３と同様な方法でアルミニウム合金を得
た。該アルミニウム合金から分離して得られた粉末は二
ホウ化タンタルの回折線を示し、粒子全体に対して１μ
ｍ以下の微粒子を５６重量％含むものであった。結果を
表１および２に示す。

【００３６】比較例１実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ３９．
９８ｇに金属タンタル微粉末１０．１２ｇと非晶質ホウ
素粉末１．２１ｇとを乾式で混合して混合物を得た。こ
のとき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算し
た含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニ
ウムチップとの合計量に対し２２．０８重量％であっ
た。次いで、１１００℃で１０時間保持して反応をおこ
ない、アルミニウム合金を得た。該アルミニウム合金か
ら分離して得られた粉末は二ホウ化タンタルの回折線を
示し、粒子全体に対して１μｍ以下の微粒子を４４重量
％含むものであった。結果を表１および２に示す。

【００３７】比較例２実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ３９．
９５ｇに金属タンタル微粉末１０．１２ｇと非晶質ホウ
素粉末１．２１ｇとを乾式で混合して混合物を得た。こ
のとき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算し
た含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニ
ウムチップとの合計量に対し２２．０９重量％であっ
た。次いで、１２００℃で１０時間保持して反応をおこ
ない、アルミニウム合金を得た。該アルミニウム合金か
ら分離して得られた粉末は二ホウ化タンタルの回折線を
示し、粒子全体に対して１μｍ以下の微粒子を９重量％
しか含まなかった。結果を表１および２に示す。

【００３８】比較例３実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ３９．
８９ｇに金属タンタル微粉末１０．１２ｇと非晶質ホウ
素粉末１．２１ｇとを乾式で混合して混合物を得た。こ
のとき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算し
た含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニ
ウムチップとの合計量に対し２２．１２重量％であっ
た。次いで、８００℃で１０時間保持して反応をおこな
い、アルミニウム合金を得たが、該アルミニウム合金上
には、未反応原料の残存が確認された。未反応原料を除
去した後、該アルミニウム合金から分離して得られた粉
末は二ホウ化タンタルの回折線を示し、粒子全体に対し
て１μｍ以下の微粒子を４２重量％含むものであった。
結果を表１および２に示す。

【００３９】比較例４実施例１で用いたものと同じアルミニウムチップ４０．
０５ｇに金属タンタル微粉末４．４７ｇと非晶質ホウ素
粉末０．５４ｇとを乾式で混合して混合物を得た。この
とき、タンタルとホウ素を二ホウ化タンタルに換算した
含有量は、タンタル添加物とホウ素添加物とアルミニウ
ムチップとの合計量に対し１１．１２重量％であった。
以下、比較例１と同様な方法でアルミニウム合金を得
た。該アルミニウム合金から分離して得られた粉末は二
ホウ化タンタルの回折線を示し、粒子全体にたいして１
μｍ以下の微粒子を２４重量％含むものであった。結果
を表１および２に示す。

【００４０】比較例５タンタル粉末を粗粒粉末（高純度化学研究所社製、粒子
径４５μｍ以下、平均粒子径１４μｍ）とした以外は、
比較例１と同様な方法でアルミニウム合金を得た。該ア
ルミニウム合金上には、未反応原料の残存が確認された
ので、未反応原料の除去をおこなった。該アルミニウム
合金から分離して得られた粉末は二ホウ化タンタルの回
折線を示し、粒子全体にたいして１μｍ以下の微粒子を
３０重量％含むものであり、タンタル粉末に微粉末を用
いた場合よりも、粗大な粒子となった。結果を表１およ
び２に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【発明の効果】本発明の方法によれば、アルミニウム溶
湯中でタンタルとホウ素を反応させることにより、二ホ
ウ化タンタル微粉末を容易に得ることができる。また、
得られた二ホウ化タンタル微粉末は、高純度で、１μｍ
以下の粒子を５０重量％以上含み、凝集粒子を含まない
ので粉砕工程が不要である。さらに、二ホウ化タンタル
微粉末は、アルミチタン合金の分散強化用添加剤や研磨
剤等に利用されることが期待でき、工業的価値の大きな
ものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムにタンタル原料およびホウ素
原料を添加し、加熱、保持する条件が、不活性雰囲気
下、反応温度Ｔ（℃）および反応時間ｔ（時間）が下記
の式で囲まれた範囲で、アルミニウム溶湯中に二ホウ化
タンタルの微粒子を析出させ、次いで該アルミニウム溶
湯を常温まで冷却してからアルミニウムを除去すること
を特徴とする二ホウ化タンタル微粉末の製造方法。Ｔ≦１１５０−１０ｔ０．５≦ｔ≦１５Ｔ≧９００
【請求項２】添加するタンタル原料およびホウ素原料の
粒子径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１
記載の二ホウ化タンタル微粉末の製造方法。
【請求項３】タンタル原料およびホウ素原料の添加量
が、タンタル原料およびホウ素原料の添加物とアルミニ
ウムとの全量に対し二ホウ化タンタルに換算して１０〜
３５重量％であることを特徴とする請求項１または２記
載の二ホウ化タンタル微粉末の製造方法。