JPS596246B2 - 窒化チタンの製法 - Google Patents
窒化チタンの製法Info
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- JPS596246B2 JPS596246B2 JP5430880A JP5430880A JPS596246B2 JP S596246 B2 JPS596246 B2 JP S596246B2 JP 5430880 A JP5430880 A JP 5430880A JP 5430880 A JP5430880 A JP 5430880A JP S596246 B2 JPS596246 B2 JP S596246B2
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- titanium
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- titanium nitride
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、窒化チタンの製法に関するものである。
窒化チタンは高融点で耐熱性が優れている、高硬度であ
る、軽くて美麗な光沢を有している、化学的に安定で耐
食性がある、電気の良導体で超伝導温度が高い等々の優
れた性質を持っている。
る、軽くて美麗な光沢を有している、化学的に安定で耐
食性がある、電気の良導体で超伝導温度が高い等々の優
れた性質を持っている。
これらの諸性質を利用して、窒化チタンは超硬材料、耐
熱材料、装飾材料として使用されており、又、金属溶解
坩堝や超伝導材料としての用途も開発されつつある。
熱材料、装飾材料として使用されており、又、金属溶解
坩堝や超伝導材料としての用途も開発されつつある。
窒化チタンは、T1No、24〜TiN1.taで表わ
される広い範囲の組成の不定比性化合物であって、窒素
含有率や不純物、粒度等によって諸性質が大巾に変化す
ることが知られている。
される広い範囲の組成の不定比性化合物であって、窒素
含有率や不純物、粒度等によって諸性質が大巾に変化す
ることが知られている。
従来知られている窒化チタンの製造方法とじては、
■ 金属チタンの粉末を窒素又はアンモニア雰囲気中に
て800〜1400℃に加熱し窒化させる方法。
て800〜1400℃に加熱し窒化させる方法。
■ 水素化チタンを窒素又はアンモニア雰囲気中にて1
000℃以上に加熱する方法。
000℃以上に加熱する方法。
■ 酸化チタンを炭素の存在下で1ooo〜1300℃
で窒素と反応させる方法。
で窒素と反応させる方法。
等々がある。
しかし、これらの製造法には以下に述べるような欠点が
あり、必ずしも満足できる製造法とは云えない。
あり、必ずしも満足できる製造法とは云えない。
即ち、■の方法では、チタン粒子の内部まで窒化しに<
<、反応に高温度と長時間を必要とし、得られる窒化チ
タン粒子が太きい。
<、反応に高温度と長時間を必要とし、得られる窒化チ
タン粒子が太きい。
■の方法では、水素化チタンが反応性に富み高温で水素
を発生して発熱するため、反応の制御が困難で、操作上
の危険度が高い。
を発生して発熱するため、反応の制御が困難で、操作上
の危険度が高い。
■の方法では、得られる窒化チタン中にTie。
TiCが固溶し易く、純度が低い。
一方、高品質の窒化チタンを得る方法として、四ハロゲ
ン化チタンとアンモニアの反応生成物を出発物質とする
試みがなされており、その一例として四塩化チタンとア
ンモニアの反応生成物をアンモニア又はアンモニア、水
素混合ガス雰囲気下にて常圧で加熱分解する方法が知ら
れている。
ン化チタンとアンモニアの反応生成物を出発物質とする
試みがなされており、その一例として四塩化チタンとア
ンモニアの反応生成物をアンモニア又はアンモニア、水
素混合ガス雰囲気下にて常圧で加熱分解する方法が知ら
れている。
このような四ハロゲ゛ン化チタンとアンモニアの反応生
成物を出発物質とする方法では、微粒で高純度の窒化チ
タンが得られるが、収率が低いと云う欠点がある。
成物を出発物質とする方法では、微粒で高純度の窒化チ
タンが得られるが、収率が低いと云う欠点がある。
即ち、四ハロゲン化チタンとアンモニアの反応生成物を
常圧のアンモニア又はアンモニア、水素の混合ガス雰囲
気下で加熱すると、熱分解時に前記反応生成物の逆反応
によって四ハロゲン化チタンが発生し、一部は窒化チタ
ンとなるが、一部は反応系外に流出し、結果としてチタ
ンの収率を大巾に低下させる。
常圧のアンモニア又はアンモニア、水素の混合ガス雰囲
気下で加熱すると、熱分解時に前記反応生成物の逆反応
によって四ハロゲン化チタンが発生し、一部は窒化チタ
ンとなるが、一部は反応系外に流出し、結果としてチタ
ンの収率を大巾に低下させる。
即ち、このような方法では出発物質に含まれているチタ
ンに対するチタンの損失は、通常25〜35%であり、
極端な場合には50%以上にも達する。
ンに対するチタンの損失は、通常25〜35%であり、
極端な場合には50%以上にも達する。
本発明者らは、この方法でのチタンの損失の軽減につい
て鋭意研究の結果、四ハロゲン化チタンとアンモニアの
反応生成物をアンモニアを含むガス雰囲気下にて加熱分
解する際に、可及的速やかに反応温度近辺まで昇温する
ことによって、はぼ理論値に近い収率で窒化チタンが得
られることを見出した。
て鋭意研究の結果、四ハロゲン化チタンとアンモニアの
反応生成物をアンモニアを含むガス雰囲気下にて加熱分
解する際に、可及的速やかに反応温度近辺まで昇温する
ことによって、はぼ理論値に近い収率で窒化チタンが得
られることを見出した。
以下本発明による製造方法について詳細に説明する。
出発原料として用いる四ハロゲン化チタンとアンモニア
の反応生成物としては、 ■ 四ハロゲン化チタンをトリクロロエチレン等の溶媒
に不活性ガス雰囲気下にて溶解し、約−70℃に冷却し
てアンモニア(ガス又は液)を吹き込むか、滴下し、反
応終了後に溶媒を除去して得られる生成物。
の反応生成物としては、 ■ 四ハロゲン化チタンをトリクロロエチレン等の溶媒
に不活性ガス雰囲気下にて溶解し、約−70℃に冷却し
てアンモニア(ガス又は液)を吹き込むか、滴下し、反
応終了後に溶媒を除去して得られる生成物。
■ 液体アンモニア中に四ハロゲン化チタン(液)を滴
下反応させ、反応終了後に液体アンモニアを蒸発又はf
過して除去し、必要に応じて液体アンモニアによる洗浄
、f過を繰り返して得られる生成物。
下反応させ、反応終了後に液体アンモニアを蒸発又はf
過して除去し、必要に応じて液体アンモニアによる洗浄
、f過を繰り返して得られる生成物。
以上■〜■で得られる反応生成物は勿論のこと、一般に
約300℃以下で四ハロゲン化チタン(液又はガス)と
アンモニア(液又はガス)とを反応させて得られる生成
物をも含むものである。
約300℃以下で四ハロゲン化チタン(液又はガス)と
アンモニア(液又はガス)とを反応させて得られる生成
物をも含むものである。
上記した方法で得られる反応生成物は、黄色ないし黒褐
色の粉末で、その化学組成はTiX4・yNH8で表わ
される。
色の粉末で、その化学組成はTiX4・yNH8で表わ
される。
ここでXはハロゲン元素を示し、yは2〜16である。
この反応生成物をアンモニアを含むガス雰囲気下で、可
及的速やかに熱分解温度近辺まで昇温し熱分解すること
が本発明の特徴である。
及的速やかに熱分解温度近辺まで昇温し熱分解すること
が本発明の特徴である。
本発明では加熱の際、少なくとも30℃/分の昇温速度
が必要で好ましくは50℃/分、更に加熱昇温速度が1
00℃/分以上では反応でのチタン損失を軽減するとい
う本発明の効果を充分に発揮し得る。
が必要で好ましくは50℃/分、更に加熱昇温速度が1
00℃/分以上では反応でのチタン損失を軽減するとい
う本発明の効果を充分に発揮し得る。
アンモニアを含むガス雰囲気下で窒化チタンを得るため
の加熱温度は450ないし500℃以上に加熱する必要
があるが、該反応温度にまで速やかに昇温することは必
ずしも必要でなく、少なくとも400℃までの温度範囲
、好ましくは約150〜400℃の温度範囲で前記した
速度で昇温すればよい。
の加熱温度は450ないし500℃以上に加熱する必要
があるが、該反応温度にまで速やかに昇温することは必
ずしも必要でなく、少なくとも400℃までの温度範囲
、好ましくは約150〜400℃の温度範囲で前記した
速度で昇温すればよい。
加熱の方法は、特に制限はなく、例えば大容量の加熱炉
を用いるか、又は予め所定温度に加熱した加熱炉に反応
器を速やかに設置するなどの方法で行なう。
を用いるか、又は予め所定温度に加熱した加熱炉に反応
器を速やかに設置するなどの方法で行なう。
又、本発明で用いるアンモニアを含むガスは、アンモニ
ア単独又はアンモニアと水素又は窒素との混合ガスであ
る。
ア単独又はアンモニアと水素又は窒素との混合ガスであ
る。
本発明はアンモニアガス加圧雰囲気下での反応の際にも
適用し得る。
適用し得る。
本発明の方法で窒化チタンを得る際のチタンの損失は、
通常5%以下であり、数℃/分の昇温速度で加熱分解し
た場合のチタンの損失25%以上となる方法に比較して
有利である。
通常5%以下であり、数℃/分の昇温速度で加熱分解し
た場合のチタンの損失25%以上となる方法に比較して
有利である。
本発明で得られる窒化チタンは、化学組成T1No、9
0.〜TiN1.o5、不純物1%以下、粒子径10μ
m以下の茶ないし茶褐色の粉末である。
0.〜TiN1.o5、不純物1%以下、粒子径10μ
m以下の茶ないし茶褐色の粉末である。
次に、実施例で本発明を更に詳述する。
実施例 1
四塩化チタン約100rrllにアンモニアガスを約5
00rrll/分で導入し、室温で振動ミル(50〜2
00 r/m)容器にて反応させた。
00rrll/分で導入し、室温で振動ミル(50〜2
00 r/m)容器にて反応させた。
アンモニアの消費が停止した後、生成物は空気との接触
を絶ちながら取出した。
を絶ちながら取出した。
生成物は組成式Tick、・5NH3の黄色粉末であっ
た。
た。
上記生成物5fを空気との接触を絶ちながら石英ガラス
製ボートに入れ、反応器(石英ガラス管)内に設置した
。
製ボートに入れ、反応器(石英ガラス管)内に設置した
。
石英ガラス管内にアンモニアガスを流通(約500m/
/分)させながら常圧下にて室温から150℃まで5℃
/分の速度で加熱した。
/分)させながら常圧下にて室温から150℃まで5℃
/分の速度で加熱した。
ボート内の試料の温度が150℃になったところで石英
ガラス管を予め450℃、常圧に保った加熱炉に速やか
に移動させた。
ガラス管を予め450℃、常圧に保った加熱炉に速やか
に移動させた。
この際、試料の温度は約3分間で150℃から450℃
にまで上昇した。
にまで上昇した。
この時の昇温速度は約り00℃/分であった。
次いで、更に約り℃/分の速度で1100℃まで加熱し
、この温度で30分間保持した後冷却して生成物を回収
した。
、この温度で30分間保持した後冷却して生成物を回収
した。
得られた生成物はTiN□、gBの組成で、1.09f
であった。
であった。
この時のTiの損失は3%であった。
実施例 2
実施例1で得た四塩化チタンとアンモニアの反応生成物
5vを石英ガラスボートにとり、石英ガラス管に入れア
ンモニアガスを流通(500rrll/分)させながら
、予め1100℃、常圧に保持した加熱炉に石英ガラス
管を速やかに設置した。
5vを石英ガラスボートにとり、石英ガラス管に入れア
ンモニアガスを流通(500rrll/分)させながら
、予め1100℃、常圧に保持した加熱炉に石英ガラス
管を速やかに設置した。
試料の温度は約4公租で1100℃に達した。
この時の昇温速度は約り50℃/分であった。
試料の温度が1100℃となったところで、同温度で3
0分間保持し冷却後生成物を回収した。
0分間保持し冷却後生成物を回収した。
得られた生成物はT1No、98の組成で1.1(1で
あった。
あった。
この時のTiの損失は2%であった。実施例 3
実施例1で得た四塩化チタンとアンモニアの反応生成物
10fを、予め1100℃、常圧に保持した石英ガラス
容器にアンモニアガス流通下にて約10分間で少量づつ
添加した。
10fを、予め1100℃、常圧に保持した石英ガラス
容器にアンモニアガス流通下にて約10分間で少量づつ
添加した。
試料は室温から1100℃まで数秒ないし数十秒にて加
熱されたことになり、昇温速度は100℃/分以上であ
った。
熱されたことになり、昇温速度は100℃/分以上であ
った。
試料をすべて添加し終ってから30分間程1100℃で
保持した後、冷却して生成物を回収した。
保持した後、冷却して生成物を回収した。
得られた生成物はT i N 6. g3の組成で2.
22fであった。
22fであった。
この時のTiの損失は1%であった。比較例 1
実施例1で得た四塩化チタンとアンモニアの反応生成物
5tを石英ガラスポートにとり、石英ガラス管に入れて
アンモニアガスを流通(500rrll/分)させなが
ら、予め150℃に加熱した加熱炉に速やかに設置した
。
5tを石英ガラスポートにとり、石英ガラス管に入れて
アンモニアガスを流通(500rrll/分)させなが
ら、予め150℃に加熱した加熱炉に速やかに設置した
。
試料は約1公租で150℃に達し、この間の昇温速度は
約り50℃/分であった。
約り50℃/分であった。
試料の温度が150℃となったところで5℃/分の速度
で450℃まで更に加熱し、次いで石英ガラス管を速や
かに、予め1100℃に加熱した別の加熱炉に移動した
。
で450℃まで更に加熱し、次いで石英ガラス管を速や
かに、予め1100℃に加熱した別の加熱炉に移動した
。
処理は全て常圧で行なった。
試料は約3公租で1100℃に達し、この間の昇温速度
は約り00℃/分であった。
は約り00℃/分であった。
1100℃で30分保持した後冷却し生成物を回収した
。
。
得られた生成物はTiN□0g7の組成で0.789で
あった。
あった。
この時のTiの損失は30%であった。
比較例 2
実施例1で得た四塩化チタンとアンモニアの反応生成物
51を石英ガラスポートにとり、石英ガラス管に入れて
アンモニアガスを流通させながら、5℃/分の速度で1
100℃まで常圧加熱し、試料の温度が1100℃に達
したところで30分間保持した後、冷却して生成物を回
収した。
51を石英ガラスポートにとり、石英ガラス管に入れて
アンモニアガスを流通させながら、5℃/分の速度で1
100℃まで常圧加熱し、試料の温度が1100℃に達
したところで30分間保持した後、冷却して生成物を回
収した。
得られた生成物はTsN61g7の組成で0.73rで
あった。
あった。
Claims (1)
- 1 匹ハロゲン化チタンとアンモニアの反応により得ら
れる含窒素ハロゲン化チタンをアンモニアを含むガス雰
囲気下で加熱分解し窒化チタンを製造する方法において
、分解温度まで加熱する際150℃〜400℃の温度範
囲での昇温速度を30℃/分以上で加熱することを特徴
とする方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5430880A JPS596246B2 (ja) | 1980-04-25 | 1980-04-25 | 窒化チタンの製法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5430880A JPS596246B2 (ja) | 1980-04-25 | 1980-04-25 | 窒化チタンの製法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56155007A JPS56155007A (en) | 1981-12-01 |
JPS596246B2 true JPS596246B2 (ja) | 1984-02-09 |
Family
ID=12966936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5430880A Expired JPS596246B2 (ja) | 1980-04-25 | 1980-04-25 | 窒化チタンの製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS596246B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60195009A (ja) * | 1984-03-14 | 1985-10-03 | Nippon Kenmazai Kogyo Kk | 塊状のチタン族元素窒化物の製造法 |
-
1980
- 1980-04-25 JP JP5430880A patent/JPS596246B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS56155007A (en) | 1981-12-01 |
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