JPS60171271A - 焼結体の原料粉末用２チタンアルミニウム窒化物粉末の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はチタンの窒化物とチタン−アルミニウムの金
属間化合物を原料として、真空中、不活性ガス中又は窒
素ガス中において加熱反応させてＴｉ２ＡＡＮを製造す
る方法に関する。

従来、Ｔｉ−ＡＡ　−Ｎの二元化合物あるいは三元化合
物として、単体金属を窒化して得られるＴｉＮ。

ＡＱＮ等；Ｔ１とＭを反応させて得られるＴｉ　Ａｇ　
、　Ｔｉ　Ａｆ！３゜Ｔｉ２Ａｇ等′；また製造条件は
不明であるがＴｉｚＡＱＮが知られている。

そこで、本発明者らは、ＴｉｚＡＡＮを収率よく効率的
に製造する方法について種々横側の結果、次のような知
見を得た。

１）−ａ　原料について Ｔｉ２Ａｇ、Ｎに着目すると、原子チで’ｒ’１−５ｏ
％、ｔａ＝ｚ５チ、Ｎ子２５チの原料組成であればでき
るはずであると考え、種々の原料で反応させてみた結果
、ＴｉＮとＡＪＴｉＮとＡＡとＴｉ、あるいはＡ９Ｎと
Ｔ１との紹み合わせでは、Ｔｉ２ＡＡＮをほとんど得る
ことができないこと、しかしながら、チタンの窒化物（
Ｎ／Ｔｉ原子比＝０５以上　）とチタン−アルミニウム
の金属間化合物との絹み合わせを用いることにより、Ｔ
ｉ２ＭＮを収率よく効率的に製造することができること
を見い出した。

即ち、ＴｉＮとＡｌｅ、ＴｉＮとＭとＴｉを上記の原料
組成で８００〜１３’　ＯＯ１ｍで反応させたが、結果
はＴｉＮを主体とし、ＴｉＡＩＬ、ＴＬＭ３．　ＡＩＮ
が析出し、Ｔ　１２　ｕ　Ｎの形成は、はんの少量でし
かなかった。

更に、ＭＮとＴｉを同様な条件で反応させたが、はとん
ど未反応であった。

これに対し、チタンの窒化物（Ｎ／Ｔｉ原子比＝０．５
以上・　）とチタン−アルミニウムの金属間化合物との
組み合わせを用いて８００〜１２００℃で加熱すること
により、Ｔｉ２ＡＡＮが単−相で形成されたのである。

１）−ｂ　原料の配合割合について Ｔｉ２Ａ９Ｎという三元化合物の形成する組成範囲は、
種々検討の結果、下記の第１表に示したＡ。

Ｂ、Ｃ，Ｄの各点で囲まれる四辺形の組成範囲にあるこ
と、したがって、原料の配合割合は上記の組成範囲を満
足するような配合割合としなければならないことがわか
ったのである。

この発明は、以上の知見に基いて発明されたも第　１　
表 のであシ、２５〜７５容量チのチタンの、窒化物（Ｎ／
Ｔｉ原子比は０５以上）粉末と７５〜２５容量チのチタ
ン−アルミニウムの金属間化合物粉末を混合した後、混
合粉のまま、あるいは型押し成形後、真空中、不活性ガ
ス中又は窒素ガス中において加熱して反応させることを
特徴とするＴｉ２Ａｌ！Ｎの製造方法である。

以下、この発明の構成について詳しく述べる。

２）−ａ　原料 チタンの窒化物は、Ｎ／Ｔｉ原子比が０．５以上の範囲
であるが、これは、比がこれ未満であるとＴｉが形成さ
れ結果的に反応を抑制してしまうがらである。そして、
この比は０．５〜１が望ましい。又、チタン−アルミニ
ウムの金属間化合物としては。

状態図上に見られる任意の化合物、例えば、ＴｉＡε。

ＴｉＡε３．　Ｔｉ２Ａｌ！　、　’ｆ’１３ＡＡ等の
中から選択することができる。

２）−ｂ　原料の配合割合 １）−すて述べた四辺形の組成範囲とするためには、粉
末の粒度にもよるが、３２５メツシユ以下０、３μ以上
位の粒度では、実用的には、チタンの窒化物（Ｎ／Ｔｉ
原子比−０，５以上　）粉末が２５〜７５容量係、チタ
ン−アルミニウムの金属間化合物粉末が７５〜２５容量
チであることが必要である。

これは、チタンの窒化物が２５容量チ未満でチタン−ア
ルミニウムの金属間化合物を７５容量チより大きくした
場合、反応中に余剰のＡＭがＴｉＡｌｔ３として析出し
てしまうことになるからであり、逆に、チタンの窒化物
が７５容量チより大きく、チタン−アルミニウムの金属
間化合物を２５容量チ未満とした場合、Ｔｉ２Ａ９Ｎを
反応形成するのに充分なＭ量がないため、Ｔｉ単体ある
いはＴｉＮとして残存してしまうことになるからである
。

なお、ＴｉとＡＡの単体の混合粉末を使わないで、チタ
ン−アルミニウムの金属間化合物を使用する理由につい
ては、前にも述べたが、　ＡＱの融点が低く、加熱中に
他の原料よシ先に溶融してしまい、　ＡＱの窒化物とい
うような形で残存するのを防ぐためである。

２）−〇　反応原料の形態 反応原料は混合粉のまま加熱することもできるが、型押
し成形してから加熱することもできる。

型押し成形は、例えば常法により０．５〜３　ｔｏｒｖ
／ｃ＋＋ｆの範囲内の所定圧力でプレス成形すればよい
。

なお、型押し成形してから加熱反応させた場合には、そ
の後、所望により粉砕して粉末とすることもできる。

２）−ｄ　反応雰囲気 反応は真空中、不活性ガス中又は窒素ガス中で行なうこ
とが必要である。これは、粉末表面の酸化を防ぎ反応を
促進す、るためである。真空度は１０”’　ｔｏｒｒ以
上が望ましい。

２）−ｅ　反応温度 反応温度は８００〜１３００℃が好ましい。これは、８
００℃未満では充分な反応が行なわれないためであり、
また１３００℃よシ高い温度では反応は起こるが、Ｔｉ
Ｎの安定性が増してくるためＴｉ２ＡεＮの形成が不充
分となるためである。前に述べた理由等のために、よシ
好ましくは反応温度は９００〜１２０ｏ℃である。

２）−ｆ　反応時間 反応時間は反応温度等にもよるが、５〜１２０分が望ま
しい。５分未満では反応がほとんど進まないからであり
、また反応自体に必要な時間は量の多少ｋかかわらず９
０分程度なので、１２０分よりも長く加熱しても無駄で
ある。

以下、実施例によシ更に詳しく本発明を説明するが、こ
れらは例示のために掲げるものであり、本発明を限定す
るものではない。

実施例　１ 以下の条件にて’ｒｉ、、Ｍ、Ｎ粉末を製造した。

チタンの窒化物粉末二市販のチタン窒化物粉末〔窒素含
有量は２２重量％（Ｎ／Ｔｉ原子比−〇９６）と１５重
量％（Ｎ／Ｔｉ原子比＝０．６０）の２種類；平均粒径
０，９μ〕 チタン−アルミニウムの金属間化合物二市販のＴｉ粉末
（−２００メツシユ）とＡＱ粉末（−１００メツシユ）
をそれぞれＴｉ／Ａ９（重量比＞　＝　８４／１６゜６
ｏ／＋ｏ、４０／６０で混合した後、８５０℃で真空中
において反応させ、更に、ピールミルにて粉砕すること
によシ平均粒径１．０μの粉末を得た。

Ｘ線回折によりそれぞれＴｉ３　Ａｌｌ　、　Ｔｉ＃！
　、　Ｔｉ　／Ｖ！３　となっていることが確認された
。

混合方法：ボールミルにて４時間混合 混合比２反応雰囲気２反応温度及び反応時間は第１表に
記載したとおりである。

得られた粉末の結晶系２組成は第１表に記載のとおりで
あるが、これらは、Ｘ線回折及び元素分析で確認した。

又、実施例１記載の方法において、混合粉のまま加熱反
応させる代りに、：Ｌ　ｔｏｎ／７のプレス圧で２０　
朋Ｘ　２０　ｍｌｎ　Ｘ　２０　ＮＩＬの寸法に型押し
成型することを除いて、同様に反応させても、はぼ同様
な結果が得られた。

この発明で得られたＴｉ２ＡＱＮは、他の窒化物や金属
間化合物、たとえばＴｉＮ、ＡＡＮ　、　ＴｉＡＡ、　
ＴｉＡＡｓ等に比較して、焼結性において格段に優れ、
かつ高硬度を有することが判明した。即ち、加熱反応の
後に形成されたＴｉ２ＭＮを粉砕し、型押し成形後、真
空中１４００℃で３０分保持し焼結して得られた焼結体
の硬さはマイクロビッカース硬さで１５００以上であっ
た。

更に、Ｔｉ２ＡｇＮは、低温で焼結可能なことから、セ
ラミックス原料の焼結助剤としての用途が期待されるが
、実際に、以下の参考例で示すように、難焼結性セラミ
ックスの焼結助剤としての有効性も確認された。

参考例 焼結助剤としてのＴ　ｉ　ｚ　ＡＱ　Ｎの有効性を難焼
結性材料の典型例として立方晶窒化硼素（以下、Ｃ−Ｂ
Ｎで示す）、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）を対象
に検討した。

１）ｃ−ｓＮ基セラミックスの製造側 実験番号１および８で製造されたＴｉｓＡｇＮ粉末をボ
ールミルにて粉砕し、平均粒径１μの粉末とし、平均粒
径３μのＣ−ＢＮと前記Ｔｉ２ＡＡＮ粉末とを混合比（
容積比）９０：１０として混合し、プレス成形後、７０
キロバール、ｌ５００℃の条件で焼結した。その結果、
均質で巣のない焼結体が得られた。前記焼結体はＸ線回
折によりＣ−ＢＮとＴｉＮを主体としていることがわか
った。

１ｉ）ＴｉＮ系セラミックスの製造例 １）に記載したＴ　ｉ　２　ＡＰ、Ｎ粉末と平均粒径２
μのＴｉＮ粉末を用い、ＴｉＮとＴｉｇＡＡＮの混合比
（容積比）を９０：１０の比で混合した後、１０００℃
。

３００　ｔｏｒｒ　の真空中で焼結したところ、巣のな
い均質な焼結体が得られた。

１ｉｉ）Ｃ−Ｂ　Ｎ　、　ＴｉＮ系セラミックスの製造
例１）及び１１）にそれぞれ記載したＴｉ２ＡＡＮ　、
　Ｃ−ＢＮ及びＴｉＮ粉末を用いて、Ｃ−ＢＮとＴｉＮ
とＴｉ２ＭＮの混合比（容積比）６０：３５：５で混合
した後、１１００℃で真空中脱気処理し、その後、５０
キロバール、１４００℃の条件で焼結した。ミクロボア
が皆無で、しかも均質な焼結体が得られた。

Ｔｉ２ＡεＮを焼結助剤として用いると、得られた焼結
体内の巣を結果的に消滅させるとともに、組織を均質化
する効果を奏するものであシ、固相焼結を行なっても、
あたかも液相焼結を行なったかのような焼結体が得られ
る。そして、他の難焼結性材料とされているセラミック
ス物質、例えば、ＡＱＮ　、　ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、Ｓｉｓ
’Ｎ　４　などの焼結助剤としても有効である。

出願人　三菱金属株式会社 代理人　富　１）　和　夫　ほか１名 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 特願昭５９−２５７６８号 ２、発明の名称 ］川２Ａ、Ｊ’Ｎの製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区大手旬−Ｔ目５番２号氏名（名称
＞　（６２６）三菱金属株式会社代表者　永　野　健 ４、代理人 住所　東京都千代田区神田錦町−丁目２３番地宗保第二
ビル８階 自発 ６、補正の対象 （１）明細書Ｐ、２の２行及び１３行（２ケ所）Ｐ、３
の１行く２ケ所）及び３行、Ｐ、６の１行。

Ｐ、７の５行、Ｐ＝９の第１表の実験番号１２の結晶系
の欄並びにＰ、１０の６行のＦＴ（ＮＪを「チタンの窒
化物」に補正する。

（２）同Ｐ、２の３行及び１４行、Ｐ、３の３行及び５
行、Ｐ、１０の６行並びにＰ、１２の１２行の「△ＪＮ
Ｊを［アルミニウムの窒化物」に補正する。

（３〉同Ｐ、５の１２行の「７５〜２５容聞％である」
を「７５〜２５容量％配合割合である」に補正する。

（４）同Ｐ、５の１４行の「チタンの窒化物が」をＵチ
タンの窒化物の配合割合が」に補正する。

（５）同Ｐ、５の１５行の「金属間化合物を」を「金属
間化合物の配合割合を」に補正する。

（６）同Ｐ、５の下から３行の「チタンの窒化物」を［
チタンの窒化物の配合割合」に補正する。

（７）同Ｐ、５の下から２行の「金属間化合物を」を「
金属間化合物の配合割合を」に補正する。

手　続　補　正　書　（自　発） 昭和５９年１０月３０日 特願昭５９−２５７６８号 ２、　発明の名称 Ｔｉ　２　Ａｆｆｉ　Ｎの製造方法 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町−丁目５番２号氏名（名称
）　（６２６）三菱金属株式会社代表者　永　野　健 ４゜　代　理　人 住所　東京都千代田区神田錦町−丁目２３番地宗保第二
ビル８１ ５、　拒絶理由通知の日付 （１、発明の名称を「ニチタンアルミニウム窒化物の製
造方法」に補正する。

（２、特許請求の範囲を別紙の通りに補正する。

（３）明１１１書Ｐ、１の下から１行のｒＴｉ　２Ａｊ
　ＮＪを「ニチタンアルミニウム窒化物（以下、Ｔｉ　
２　Ａｆｆｉ　Ｎで示す）」と補正する。

別　紙 特許請求の範囲 ２５〜７５容量％のチタンの窒化物（Ｎ／Ｔｉ原子比は
０．５以上）粉末と７５〜２５容吊％のチタン−アルミ
ニウムの金属間化合物粉末を混合した後、混合粉のまま
、あるいは型押し成形後、真空中、不活性ガス中又は窒
素ガス中において加熱して反応させることを特徴とする
ニチタンアルミニウム窒化物の製造方法。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２５〜７５容量−のチタンの窒化物（Ｎ／Ｔｉ原子比は
   ０．５以上）粉末と７５〜２５容量チのチタン−アルミ
   ニウムの金属間化合物粉末を混合した後、混合粉のまま
   、あるいは型押し成形後、真空中、不活性ガス中又は窒
   素ガス中において加熱して反応させることを特徴とする
   Ｔｊ、＋ＡＡＮの製造方法。