JPS5814399B2 - Method for producing titanium carbide crystals - Google Patents

Method for producing titanium carbide crystals

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Publication number
JPS5814399B2
JPS5814399B2 JP53135095A JP13509578A JPS5814399B2 JP S5814399 B2 JPS5814399 B2 JP S5814399B2 JP 53135095 A JP53135095 A JP 53135095A JP 13509578 A JP13509578 A JP 13509578A JP S5814399 B2 JPS5814399 B2 JP S5814399B2
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composition
titanium carbide
crystals
sintered body
crystal
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JP53135095A
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JPS5562855A (en
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河合七雄
田中高穂
矢島文和
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KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
Original Assignee
KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は均一な組成を有するチタン・カーバイドの結晶
体の製造法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing titanium carbide crystals having a uniform composition.

チタン・カーバイドは極めて融点(3100℃)が高く
、また、高い硬度(ビツカース硬度3000KP/mN
”)を有するので、各種の超硬工具として、また表面保
護材として広く実用に供せられている。
Titanium carbide has an extremely high melting point (3100℃) and high hardness (Vickers hardness 3000KP/mN).
”), it is widely used as a variety of carbide tools and as a surface protection material.

また高温でかなりの靭性を有し、かつ耐酸化性も比較的
良好であるので、高温構造材としても期待されている。
It also has considerable toughness at high temperatures and relatively good oxidation resistance, so it is expected to be used as a high-temperature structural material.

最近では電子材料への応用も検討され、仕事函数(3.
25ev)が低く、高温での蒸発が少なく、且つ化学的
にも安定であるので、電子エミツター材、特にフィール
ド・エミツター材としての利用が検討されている。
Recently, applications to electronic materials have also been considered, and the work function (3.
25ev), less evaporation at high temperatures, and is chemically stable, its use as an electron emitter material, especially a field emitter material, is being considered.

フィールド・エミツター材としては単結晶が用いられ、
超硬材、高温構造材等の用途には通常焼結体が用いられ
るが、材料の特性を正しく把握するためには、充分特長
づけられた結晶を用いることが重要である。
Single crystal is used as the field emitter material,
Sintered bodies are usually used for applications such as carbide materials and high-temperature structural materials, but in order to accurately understand the characteristics of the material, it is important to use crystals with sufficient characteristics.

従来のチタン・カーバイドの製造法としては、次の方法
が知られている。
The following methods are known as conventional methods for producing titanium carbide.

(イ)フラツクス法:Fe,AJ等め金属をフラツクス
とし、これにTiまたはTiOtとグラファイト粉末を
加え、混合溶解させ、一定温度に保った後、室温まで冷
却し、塩酸などによりフラツクス金属を溶解し、チタン
・カーバイドの結晶を得る方法。
(a) Flux method: Use metals such as Fe and AJ as flux, add Ti or TiOt and graphite powder, mix and dissolve, keep at a constant temperature, cool to room temperature, and dissolve the flux metal with hydrochloric acid, etc. and how to obtain titanium carbide crystals.

(口)気相法:T+Cl4と炭化水素またはCOガスと
を、水素等をキャリアーガスとして輸送し、高温の基板
上で熱分解させて、チタン・カーバイドを析出させる方
法。
(Note) Gas phase method: A method in which T+Cl4 and hydrocarbon or CO gas are transported using hydrogen or the like as a carrier gas, and thermally decomposed on a high-temperature substrate to precipitate titanium carbide.

(ハ)アークベルヌーイ法二上部より原料粉末を供給し
、酸水素炎で加熱溶解させながら結晶を育成する所謂ベ
ルヌーイ法において、加熱源として酸水素炎に代えJ高
周波プラズマを用いる方法。
(c) Arc Bernoulli method In the so-called Bernoulli method, in which raw material powder is supplied from the upper part and crystals are grown while being heated and melted in an oxyhydrogen flame, J high frequency plasma is used instead of the oxyhydrogen flame as the heating source.

(ニ)フローテイング・ゾーン法(以下FZ法と言う)
(後で詳述する) しかし、(イ)のフラツクス法は一般に微結晶のものし
か得られず、かつフランクス金属やるつぼからの不純物
の混入が避けられないため、純度の高い結晶は得られな
い欠点がある。
(d) Floating zone method (hereinafter referred to as FZ method)
(This will be explained in detail later.) However, the flux method (a) generally yields only microcrystals, and it is not possible to obtain highly pure crystals because the contamination of impurities from the Franks metal crucible is unavoidable. There are drawbacks.

(口)の気相法は、針状または柱状の微結晶のものしか
得られない欠点がある。
The vapor phase method described above has the disadvantage that only acicular or columnar microcrystals can be obtained.

(ハ)のアークベルヌーイ法は得られる結晶も比較的小
さく、かつ結晶の組織を調べると、遊離炭素の析出が見
られる他、双晶構造、小傾角粒界等を含んでおり、良質
の結晶のものは得られない欠点がある。
In (c), the Arc Bernoulli method, the crystals obtained are relatively small, and when the crystal structure is examined, it is found that precipitation of free carbon is observed, as well as a twin structure, low-angle grain boundaries, etc., and the crystals are of good quality. There is a drawback that you cannot get something like that.

(ニ)のFZ法は比較的大型の結晶のものが得られ、か
つ遊離炭素の析出も見られず前述の方法の中では最も質
の良い結晶のものが得られるとされている。
The FZ method (d) is said to yield comparatively large crystals, with no precipitation of free carbon, and is said to yield crystals of the highest quality among the above-mentioned methods.

本発明者らは大型、良質の結晶を得べく、FZ法による
チタン・カーバイドの結晶の育成を試みた結果、FZ法
で作製した結晶は確かに純度や結晶性においてすぐれて
いるが、結晶の部位において化学組成に変動を生ずる重
大な問題が伴うことを見出した。
The present inventors attempted to grow titanium carbide crystals using the FZ method in order to obtain large, high-quality crystals. Although the crystals produced using the FZ method are certainly excellent in purity and crystallinity, It was found that there are significant problems associated with variations in chemical composition at different sites.

即ち、得られた結晶の化学分析および物性測定により、
育成した結晶の始端部から終端部へ向けて、組成が連続
的に変化していることが分った。
That is, by chemical analysis and physical property measurements of the obtained crystals,
It was found that the composition of the grown crystal changes continuously from the beginning to the end.

次にFZ法について述べる。Next, the FZ method will be described.

第1図はFZ法の概念図であり、装置としては例えばA
DL社製の高圧タイプの結晶育成沢が用いられる。
Figure 1 is a conceptual diagram of the FZ method, and the device is, for example, A
A high-pressure type crystal growth stream manufactured by DL Corporation is used.

長さ1ト20cr程度の2本の焼結体ロンドの一端を接
触させ、他端をホルダーで支持し、該接触部を例えば高
周波加熱して融帯を生成させる。
One end of two sintered bodies having a length of about 1 to 20 cr is brought into contact, the other end is supported by a holder, and the contact portion is heated, for example, by high frequency to generate a melt zone.

その後両焼結体ロンドを一体に上または下に移動させる
と漸時結晶が成長を続ける。
Thereafter, when both sintered bodies are moved upward or downward together, crystals gradually continue to grow.

この時の移動速度は0.5〜5011/hrが適当であ
り、移動の方向は上、下いずれでも可能である。
The appropriate moving speed at this time is 0.5 to 5011/hr, and the moving direction can be either upward or downward.

雰囲気には不活性ガスまたはHφ3用いられるが、通常
はArまたはHeまたはその混合ガスである。
An inert gas or Hφ3 is used as the atmosphere, but it is usually Ar, He, or a mixed gas thereof.

雰囲気ガスは焼結体ロンドの成分の蒸発を抑制するため
に加圧して用いられるが、通常2〜30気圧、好ましく
は3〜25気圧が適当である。
The atmospheric gas is used under pressure in order to suppress the evaporation of the components of the sintered body, and the appropriate pressure is usually 2 to 30 atmospheres, preferably 3 to 25 atmospheres.

これよりも圧力が低いと蒸発抑制効果が殆んどなくなり
、これよりも高いと対流による熱損失が大きくなり好ま
しくない。
If the pressure is lower than this, the evaporation suppressing effect is almost lost, and if the pressure is higher than this, heat loss due to convection becomes large, which is not preferable.

また、コイル間およびコイルと焼結体ロンド間の放電抑
制効果はArよりもHeの方が優れている。
Furthermore, He has a better effect of suppressing discharge between the coils and between the coil and the sintered body than Ar.

これはHeのイオン化ポテンシャルがArのそれよりも
高いためと考えられる。
This is considered to be because the ionization potential of He is higher than that of Ar.

以上が通常のFZ法によるチタン・カーバイド結晶製造
条件であるが、このような条件下で育成した結晶の始端
部(FZの始まりの部分)からト30+sの範囲は、通
常いくつかのグレインの集合体からなる多結晶体である
が、それ以降は中心部が一つのグレインに統合され成長
する。
The above are the conditions for manufacturing titanium carbide crystals using the normal FZ method. However, the range of 30+s from the starting end (starting part of FZ) of a crystal grown under these conditions is usually a collection of several grains. It is a polycrystalline body consisting of a body, but after that the center grows into a single grain.

一方周辺部は1m朋程度以下の多結晶外皮に覆われてい
るのが普通である。
On the other hand, the periphery is usually covered with a polycrystalline skin of about 1 m or less.

中心部分はX線ラウエ法およびエッチング像の観察から
結晶性のよい単結晶であることが確認できる。
It can be confirmed from the X-ray Laue method and observation of etching images that the central portion is a single crystal with good crystallinity.

しかし、その始端部と終端部との化学分析を行った結果
、炭素含有量に明瞭な差があることが分った。
However, chemical analysis of the starting and ending parts revealed a clear difference in carbon content.

例えば、比較例1に示した通り、組成x=0.932(
X=C/Tiを表わす)の焼結体ロンドを原料として育
成した長さ約6cnの結晶の始端部と終端部の炭素含有
量は、それぞれ全炭素18.25重量係(内遊離炭素0
.01重量係)および19.01重量係(内遊離炭素0
.00重量係)で炭素含有量に明瞭な差が認められる。
For example, as shown in Comparative Example 1, composition x=0.932 (
The carbon content at the beginning and end of a crystal with a length of approximately 6 cm grown using a sintered body Rondo (X = C/Ti) as a raw material was 18.25% by weight of total carbon (in which free carbon was 0).
.. 01 weight ratio) and 19.01 weight ratio (free carbon 0
.. 00 weight ratio), a clear difference in carbon content is recognized.

チタン・カーバイド中の炭素空格子点の存在量は、チタ
ン・カーバイドの電気抵抗に強く影響を与えることが知
られている。
It is known that the amount of carbon vacancies in titanium carbide strongly influences the electrical resistance of titanium carbide.

従って、結晶の電気抵抗を測定すると、チタン・カーバ
イド組成の相対的変化を知ることができる。
Therefore, measuring the electrical resistance of a crystal can reveal relative changes in titanium carbide composition.

前記の結晶について、511間隔に電気抵抗を測定した
結果は第2図に示す通りである。
The electrical resistance of the above crystal was measured at 511 intervals, and the results are shown in FIG.

これから明らかなように、始端部から終端部に向って抵
抗はほぼ連続的に減少しており、終端程Xが増加してい
る。
As is clear from this, the resistance decreases almost continuously from the start end toward the end, and X increases toward the end.

これは炭素含有量の分析結果とも良く一致しており、結
晶組成に変動のあることは明瞭である。
This agrees well with the carbon content analysis results, and it is clear that there is variation in the crystal composition.

この原因を第4図により説明すると、通常のFZ法では
、Xsの組成を持つ焼結体を温度T2において融解して
融帯とする。
The cause of this will be explained with reference to FIG. 4. In the normal FZ method, a sintered body having a composition of Xs is melted at a temperature T2 to form a melt zone.

この時得られる結晶の組成はX8′のものとなる。The composition of the crystal obtained at this time is X8'.

融帯の移動を続けると融帯の組成は液相線に沿ってXs
からXLへと移行し、同時に結晶組成は固相線に沿って
Xs′からXsに移行し、結晶組成は変動することによ
る。
As the fusion zone continues to move, the composition of the fusion zone changes to Xs along the liquidus line.
At the same time, the crystal composition shifts from Xs' to Xs along the solidus line, and the crystal composition changes.

本発明者らは種々の組成に関して検討を進めた結果、チ
タン・カーバイドはx=0.82近傍以外の組成では、
非調和融解(共存する固相と液相の組成が異なる)する
こと。
The present inventors conducted studies on various compositions, and found that titanium carbide has compositions other than around x=0.82.
Anharmonic melting (the coexisting solid and liquid phases have different compositions).

また非調和融解化合物では、通常のFZ法によった場合
、組成の変動は本質的に避けえない問題があるとの結論
を得た。
It was also concluded that for anharmonic melting compounds, compositional fluctuations are an essentially unavoidable problem when using the normal FZ method.

本発明はこの問題点を解決せんとするものである。The present invention aims to solve this problem.

本発明者らは組成変動のない結晶を得る方法について種
々検討した結果、以下に示T方法により解決し得られた
The present inventors investigated various methods for obtaining crystals without compositional fluctuations, and as a result, the problem was solved by method T shown below.

まず組成のはつきりした焼結体ロンドを用いてFZ法で
長さ数函の結晶ロンドを作製する。
First, using a sintered rondo with a well-defined composition, a crystal rondo with a length of several boxes is produced by the FZ method.

この結晶ロンドの始端部、終端部および融帯固化部の炭
素含有量を分析する。
The carbon content at the beginning, end, and solidified melt zone of this crystalline rond is analyzed.

これからチタン・カーバイドの固相組成と、これと平衡
共存する液相組成とを求める。
From this, we will find the solid phase composition of titanium carbide and the liquid phase composition that coexists in equilibrium with it.

次に原料ロンドの組成を変えて同様な実験を行えば、液
相線と固相線との対応を明らかにすることができる。
Next, if a similar experiment is performed by changing the composition of the raw material Rondo, the correspondence between the liquidus line and the solidus line can be clarified.

第3図はこのようにして求めた液相線と固相線である。FIG. 3 shows the liquidus line and solidus line obtained in this manner.

(温度軸は任意ヌケールになっている) 第3図はTi−C系相図で、任意の一点 (XQrO)は組成c/Ti=XQのものが温度Toに
おける状態を示す。
(The temperature axis has an arbitrary numerical value.) FIG. 3 is a Ti-C system phase diagram, and an arbitrary point (XQrO) indicates the state of a composition c/Ti=XQ at a temperature To.

(XOTO)が図示するように固札線Bで囲まれた領域
にある時はチタン・カーバイドの結晶相のみからなるこ
とを示し、液相線Aと固相線Bで囲まれた領域(TiC
X+Lで示される:はチタン・カーバイドの結晶相と液
相が共存することを示し、液相線Aより上の領域(Lて
示される)では液相のみからなることを示す。
As shown in the figure, when (XOTO) is in the region surrounded by solid line B, it indicates that it consists only of the crystalline phase of titanium carbide, and in the region surrounded by liquidus line A and solidus line B (TiC
The symbol X+L indicates that the crystalline phase of titanium carbide and the liquid phase coexist, and the region above the liquidus line A (indicated by L) consists only of the liquid phase.

今点(xoTo)が固相線B上にある時は、その固相組
成xOと平衡共存できる液相組或は温度T。
When the current point (xoTo) is on the solidus line B, the liquid phase composition or temperature T can coexist in equilibrium with the solid phase composition xO.

の水平線が固相線Bの外側にある液相線Aを横切った点
におけるXの値で示されることになる。
The value of X at the point where the horizontal line crosses the liquidus line A outside the solidus line B will be shown.

この図表により、ある組成の結晶を得るためには、液相
組成をいくらにすれば良いかが分かる。
This chart shows how much the liquid phase composition should be in order to obtain a crystal with a certain composition.

例えば、組成x=0.9の結晶ロンドを得ようとすれば
、焼結体ロンドの組成をx=0.90とし、融帯の組成
をx=0.99としてFZ法を行えばx=0.90の均
一な組成の結晶ロンドが得られることになる。
For example, if you want to obtain a crystalline Rondo with a composition x = 0.9, if you perform the FZ method with the composition of the sintered Rondo as x = 0.90 and the composition of the fusion zone as x = 0.99, x = A crystalline rond with a uniform composition of 0.90 is obtained.

焼結体ロンドの構成および融帯組成に変える方法として
は、次のような方法が挙げられる。
Examples of methods for changing the structure of the sintered body Rondo to the melt zone composition include the following methods.

(1)2本の焼結体ロンドのうち、下方焼結体ロンドを
目的とするチタン・カーバイド固相組成のロンドとし、
上方焼結体ロンドの組成を該固相組成と平衡共存する液
相組成のロンドとし、上方焼結体ロンドを溶かして融帯
を形成させ、両ロンドを一体に上方に向って移動させる
方法。
(1) Of the two sintered body ronds, the purpose is the lower sintered body rond, which has a titanium carbide solid phase composition;
A method in which the composition of the upper sintered body Rondo is a liquid phase composition that coexists in equilibrium with the solid phase composition, the upper sintered body Rondo is melted to form a melt zone, and both Rondos are moved upward as a unit.

(2)上方焼結体ロンドを目的とするチタン・カーバイ
ド固相組成にし、その先端部だけ該固相組成と平衡共存
する液相組成としたロンドとし、下方焼結体ロンドの先
端に結晶種子を設けたロンドとし、上方焼結体ロンドの
先端を溶融して融帯を形成させ、両ロンドを下方に向っ
て移動させる方法。
(2) The upper sintered body Rondo has the desired titanium-carbide solid phase composition, and only its tip has a liquid phase composition that coexists in equilibrium with the solid phase composition, and the tip of the lower sintered body Rondo has crystal seeds. A method in which the tip of the upper sintered body rond is melted to form a fusion zone, and both ronds are moved downward.

焼結体ロンドの移動速度は通常のFZ法の場合より遅い
方が好ましく、0.5〜20mx/hr、好ましくは1
〜10Il/hrが適当である。
The moving speed of the sintered body Rondo is preferably slower than that of the normal FZ method, and is 0.5 to 20 mx/hr, preferably 1
~10 Il/hr is suitable.

これより移動が速いと融帯部での拡散が不充分となり、
融帯内部に組成の変動を生じ、これより移動速度をおそ
くすると融帯を安定に保つことができず、また経済的で
ない。
If the movement is faster than this, diffusion in the fusion zone will be insufficient,
Compositional fluctuations occur within the melting zone, and if the moving speed is made slower than this, the melting zone cannot be kept stable and is not economical.

融帯部の組成を均一に保つためには、ローテーション操
作を加えることが効果的である。
In order to keep the composition of the melt zone uniform, it is effective to add a rotation operation.

即ち、上下の試料を固定したシャフトを逆方向に回転さ
せ、融帯部を充分混合する。
That is, the shafts to which the upper and lower samples are fixed are rotated in opposite directions to thoroughly mix the melt zone.

回転速度は通常10〜60r)1程度が適当である。The appropriate rotational speed is usually about 10 to 60 r)1.

また、結晶を育成する際の雰囲気は通常のFZ法の場合
と同様である。
Further, the atmosphere for growing the crystal is the same as in the case of the normal FZ method.

本発明において使用する原料焼結体ロンドは、チタン・
カーバイドの融点、硬度、仕事函数、機械的強度等のデ
ータがいずれもチタン・カーバイドの化学組成に強く依
存するので、これらの物性の安定した材料を提供しなけ
れば、均一な組成を持つ結晶ロンドの作製はできない。
The raw material sintered body Rondo used in the present invention is titanium.
Data such as melting point, hardness, work function, and mechanical strength of carbide all strongly depend on the chemical composition of titanium carbide, so unless a material with stable physical properties is provided, crystalline rondite with a uniform composition will not be produced. cannot be made.

チタン・カーバイドは幅広い組成範囲にわたり(0.5
<x<1。
Titanium carbide has a wide composition range (0.5
<x<1.

0とされている)NaC#型構造を示し、炭素格子位置
に安定に空位が存在する不定比化合物である。
It is a non-stoichiometric compound that exhibits an NaC# type structure (which is assumed to be 0) and has stable vacancies at carbon lattice positions.

従って、種々の組成の結晶を得るには、原料調製がまず
必要である。
Therefore, in order to obtain crystals of various compositions, raw material preparation is first necessary.

原料粉の製造法としては、(1)Ti02粉末をカーボ
ンで還元する方法、(2)Ti金属またはTiH2とカ
ーボンを反応させる方法、(3)Fe,A7等をフラツ
クスとして、Tiとカーボンを反応させる方法等が知ら
れている。
The raw material powder can be produced by (1) reducing Ti02 powder with carbon, (2) reacting Ti metal or TiH2 with carbon, and (3) reacting Ti with carbon using Fe, A7, etc. as a flux. There are known methods to do this.

いずれの方法においても、Tiとカーボンの量を適当に
配合することにより、目的の組成物を得ることができる
In either method, the desired composition can be obtained by appropriately blending the amounts of Ti and carbon.

原料純度は高い方が好ましく、通常98係以上、好まし
くは99係以上がよい。
The higher the purity of the raw material, the better, usually 98 coefficients or higher, preferably 99 coefficients or higher.

原粉粉末の粒度は細かい方が成形には都合がよい。The finer the particle size of the raw powder, the more convenient it is for molding.

一般には平均粒径10μm以下、好ましくは5μm以下
である。
Generally, the average particle size is 10 μm or less, preferably 5 μm or less.

10μmを超えると成形体密度があがらぬため成形体が
強度的に弱く取扱いが困難となる。
If it exceeds 10 μm, the density of the molded product will not increase, making the molded product weak in strength and difficult to handle.

成形体の形状としては、角柱(例えば10X10X20
0i+1,15X15X10011)や円柱(例えばl
OψX1501m)が普通に用いられる。
The shape of the molded body is a prism (for example, 10X10X20
0i+1,15X15X10011) or a cylinder (for example l
OψX1501m) is commonly used.

成形方法としては、出来るだけ密度の均一な成形体を得
るために、ラバープレスを用いるのが好ましい。
As the molding method, it is preferable to use a rubber press in order to obtain a molded product with as uniform a density as possible.

成形圧は通常1t/cm’程度である。成形体は適当な
方法で焼結する。
The molding pressure is usually about 1 t/cm'. The compact is sintered by a suitable method.

焼結は通常1700〜2300℃,好ましくは1750
〜2100℃である。
Sintering is usually carried out at 1700-2300°C, preferably at 1750°C.
~2100°C.

1700℃より低いと焼結体密度が低いため、充分な強
度が得られないばかりでなく、後の結晶育成工程におい
ても安定した融帯の生成が困難になる等種々の支障を来
たす。
If the temperature is lower than 1700°C, the density of the sintered body is low, which not only makes it impossible to obtain sufficient strength, but also causes various problems such as difficulty in forming a stable melt zone in the subsequent crystal growth process.

2300℃を超えると、焼結した場合、焼結体が緻密に
なり過ぎ加工が困難となる他、エネルギーの消費面から
みても好ましくない。
If the temperature exceeds 2300°C, the sintered body becomes too dense and difficult to process, and is also unfavorable from the viewpoint of energy consumption.

焼結時間は通常最高温度で0.3〜5時間、好ましくは
0.5〜3時間である。
The sintering time is usually 0.3 to 5 hours, preferably 0.5 to 3 hours at the maximum temperature.

焼結雰囲気としては真空、不活性ガス、H2、またはC
Oが用いられる焼結炉は前記の条件が満されるものであ
れば、どのようなタイプの炉でも差し支えないが、例え
は高周波誘導加熱炉を用いると便利である。
The sintering atmosphere is vacuum, inert gas, H2, or C.
The sintering furnace in which O is used may be any type of furnace as long as it satisfies the above conditions, but it is convenient to use a high frequency induction heating furnace, for example.

このような条件下で得られる焼結体は通常理論密度の7
0〜95係の密度であるが、後のFZ法による結晶育成
工程では、この程度の密度の焼結体ロンドを原料として
使用することが好ましい。
The sintered body obtained under these conditions usually has a theoretical density of 7.
Although the density is in the range of 0 to 95, it is preferable to use a sintered body Rondo having a density of this level as a raw material in the subsequent crystal growth step using the FZ method.

なお、焼結工程では、カーボンやTiOの蒸発がおこる
ので、焼結体の化学組成は原料調製時の組成から多少ず
れるのが普通である。
Note that in the sintering process, evaporation of carbon and TiO occurs, so the chemical composition of the sintered body usually deviates somewhat from the composition at the time of raw material preparation.

従って、厳密に制御するには焼結体の組成分析を行い、
原料の配合組成と焼結体組成との対応をつけておくこと
が好ましい。
Therefore, to strictly control the composition of the sintered body,
It is preferable to keep in mind the correspondence between the blending composition of the raw materials and the composition of the sintered body.

本発明の方法によるときは、実質的に均一な組成を有す
る種々な組成の良質、大型の結晶が極めて容易に得られ
る優れた効果を有するものである実施例 l 市販のTiC原料粉(全炭素19.13重量係、遊離炭
素0.08重量係、平均粒径1.5μm)を用いて、径
約10朋m、長さ150朋mの円柱をラバープレスによ
り成形し、これを真空中1800℃で30分間焼結した
When the method of the present invention is used, it has an excellent effect that high-quality, large-sized crystals of various compositions having a substantially uniform composition can be obtained very easily. 19.13 weight factor, free carbon 0.08 weight factor, average particle size 1.5 μm), a cylinder with a diameter of about 10 mm and a length of 150 mm was formed using a rubber press, and this was heated in a vacuum for 1800 mm. Sintered at ℃ for 30 minutes.

焼結体組成は炭素の分析からx=0.932であった。The composition of the sintered body was x=0.932 from carbon analysis.

図3より上記組成に対応する液相組成はx=1.3であ
ることが判るので、先の市販原料粉100gに対し7g
の発光分析用カーボンを添加し、成形後(径約10mm
長さ5Qim)真空中1800℃で1.5時間焼結した
From Figure 3, it can be seen that the liquid phase composition corresponding to the above composition is x = 1.3, so 7g
of carbon for emission analysis was added, and after molding (about 10 mm in diameter)
(length: 5 Qim) sintered in vacuum at 1800° C. for 1.5 hours.

焼結体組成は炭素の分析からx=1.29であった。The composition of the sintered body was x=1.29 based on carbon analysis.

これを融帯形成用とし、先の焼結体ロンド(x=0.9
32)を下方ロンドとしてFZを行なった。
This was used to form a melting zone, and the sintered body Rondo (x=0.9
FZ was performed using 32) as the lower rond.

即ち、融帯形成用田ノドの一部を溶かして融体を生成さ
せたのち、試料をゆっくりと上部に移動させる。
That is, after a part of the melt zone forming field is melted to generate a melt, the sample is slowly moved to the upper part.

漸時下方ロンドは融帯中に溶け込み一方融帯上部には結
晶が成長する。
Gradually, the lower rondo dissolves into the fusion zone, while crystals grow above the fusion zone.

試料移動速度は5mW/h1とし約12時間移動を行っ
た。
The sample was moved at a speed of 5 mW/h1 for about 12 hours.

尚ローテーションは上、下それぞれ20r−mとじ、雰
囲気ガスとしては15気圧のHeを使用した。
Incidentally, the upper and lower rotations were kept at 20 rpm, and 15 atmospheres of He was used as the atmospheric gas.

得られた結晶の始端部と終端部との化学分析を行った所
炭素含有量(全炭素)はそれぞれ18.90重量係及び
18.97重量係となり、分析誤差範囲内で、ほとんど
一致した値かえられた。
Chemical analysis of the starting and terminal ends of the obtained crystal revealed that the carbon content (total carbon) was 18.90% by weight and 18.97% by weight, respectively, and within the analysis error range, the values were almost identical. It was returned.

実施例 2 実施例1と同じTic原料粉100g当り4.7gのT
iO2粉を混合した粉末を用意する。
Example 2 Same as Example 1, 4.7 g of T per 100 g of Tic raw material powder
Prepare a powder mixed with iO2 powder.

一方これとは別に同じ原料粉100g当りx.25gの
発光分析用カーボンを添加した粉末を用意する。
On the other hand, apart from this, x per 100g of the same raw material powder. A powder containing 25 g of carbon for emission analysis is prepared.

次にラバープレスにより前者組成物から成る上方口ツド
の先端部のみを後者の組成物に変えた成形体ロンドを作
成する(径約10mm,長さ約150mm),これを真
空中1850℃で1時間半焼結した。
Next, a molded body (diameter: approximately 10 mm, length: approximately 150 mm) is made using a rubber press, with only the tip of the upper mouth made of the former composition changed to the latter composition. Sintered for half an hour.

焼結体ロンドの一部を切り出して炭素の分析を行った所
炭素含有量から算出される焼結体組成はx=0.89で
但し先端部はx=0.99であった。
When a part of the sintered body was cut out and analyzed for carbon, the composition of the sintered body calculated from the carbon content was x=0.89, except for the tip part, where x=0.99.

このロンドを上方ロンドとして用い、FZ法により結晶
を育成した。
Using this rond as an upper rond, crystals were grown by the FZ method.

即ち、まず上方焼結体ロンドの先端部(組成x=0.9
9の部分)のみを融解させる。
That is, first, the tip of the upper sintered body (composition x = 0.9
Melt only part 9).

その後焼結体ロンド全体をゆっくりと下方に移行させる
Thereafter, the entire sintered body Rondo is slowly moved downward.

上方の焼結体ロンドは漸時融帯中にとけ込み、一方融帯
下部には結晶が成長する。
The upper sintered body Rondo gradually dissolves into the melting zone, while crystals grow in the lower part of the melting zone.

試料移動速度は3.5ti/hrとし約14時間移動を
行った。
The sample was moved at a speed of 3.5 ti/hr for about 14 hours.

ローテーションは上、下とも30rllとし、雰囲気ガ
スには7気圧のHeを使用した。
The rotation was 30 rll for both the top and bottom, and 7 atmospheres of He was used as the atmospheric gas.

得られた結晶の始端部と終端部の化学分析を行った所炭
素含有量(全炭素)はそれぞれ18.19重量係及び1
8.26重量係となり、分析誤差範囲内で一致した値か
えられた。
Chemical analysis of the starting and terminal ends of the obtained crystals revealed that the carbon content (total carbon) was 18.19% by weight and 1% by weight, respectively.
The result was 8.26 weight, and the value was changed within the analytical error range.

比較例 1 実施例1と同じ市販のTiC原料粉を用いて、実施例1
と同様な条件で成形し、焼結する。
Comparative Example 1 Using the same commercially available TiC raw material powder as in Example 1, Example 1
Shape and sinter under similar conditions.

この焼結体ロツドを原料として、接触部を融解し通常の
FZ法により結晶を育成した。
Using this sintered body rod as a raw material, the contact portion was melted and crystals were grown by the usual FZ method.

結晶作製条件は次の通りである。The crystal production conditions are as follows.

即ち移動速度5mt/hr、移動方向、ローテーション
上、下伴20rfl、雰囲気ガスHel5気圧。
That is, the moving speed is 5 mt/hr, the moving direction is 20 rfl on rotation, and the atmospheric gas is Hel 5 atm.

以上の条件で長さ約6crの結晶を育成し、その始端部
と終端部の化学分析を行った所、炭素含有量(全炭素)
はそれぞれ18.25重量係、及び19.01重量係で
あった。
A crystal with a length of about 6 cr was grown under the above conditions, and chemical analysis of the starting and ending parts revealed that the carbon content (total carbon)
were 18.25 weight ratio and 19.01 weight ratio, respectively.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はフローテイング・ゾーン(FZ)法の概念図、
第2図はチタン・カーバイドの電気抵抗、第3図はTi
C−C系の相図、第4図は固相組成Xsと液相組成xL
との相図を示す。 1:シャフト、2:ホルダー、3:焼結体ロツド、4:
TiC結晶ロツド、5:融帯、V6:高周波誘導加熱用
コイル、A:液相線、B:固相線、C:共晶点。
Figure 1 is a conceptual diagram of the floating zone (FZ) method.
Figure 2 shows the electrical resistance of titanium carbide, Figure 3 shows the electrical resistance of Ti
Phase diagram of C-C system, Figure 4 shows solid phase composition Xs and liquid phase composition xL
The phase diagram with 1: Shaft, 2: Holder, 3: Sintered rod, 4:
TiC crystal rod, 5: melt zone, V6: high frequency induction heating coil, A: liquidus line, B: solidus line, C: eutectic point.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 2本の焼結体ロンドの一端を接触させ、他端をそれ
ぞれホルダーで支持し、加圧の不活性ガスまたは水素雰
囲気下で接触部を加熱して融帯を形成させながら両焼結
体ロンドを一体に上または下に移動させてチタン・カー
バイドの結晶体を製造する方法において、融帯の組成を
目的チタン・カーバイドの固相組成と平衡共存ずる液相
組成となし結晶を育成することを特徴とするチタン・カ
ーバイドの結晶体の製造法。
1 One end of the two sintered bodies is brought into contact, the other end is supported by a holder, and both sintered bodies are heated in a pressurized inert gas or hydrogen atmosphere to form a melting zone. In the method of manufacturing titanium carbide crystals by moving the rond upward or downward, the purpose is to grow crystals with a liquid phase composition that coexists in equilibrium with the solid phase composition of titanium carbide, with the aim of achieving a melt zone composition. A method for producing a titanium carbide crystal characterized by:
JP53135095A 1978-10-31 1978-10-31 Method for producing titanium carbide crystals Expired JPS5814399B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0142556Y2 (en) * 1984-01-24 1989-12-12

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JPH0142556Y2 (en) * 1984-01-24 1989-12-12

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