JPS61261204A - 導電性炭窒化クロム粉末及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は導電性クロム化合物粉末に関し、更に詳しくは
炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ）と窒化クロム（Ｃｒ、Ｎ）との
固溶体である炭窒化クロム［Ｃｒｚ（Ｃ１Ｎ）］の導電
性クロム化合物粉末及びその製造方法に関する。

［従来の技術及び問題点］ 従来より、非金属導電性粉末、代表的にはカーボンブラ
ックをプラスチックに充填して電磁波シールド材料とし
て使用することは周知である。

他の材料としては例えば酸化スズ、沃化銅、硫化銅など
があるが、これらの導電性は金属に比べれば小さいもの
である。

従来、クロム化合物系で導電性を示すことがある化合物
の報告は全く皆無であり、本発明は新しいクロム化合物
系導電性粉末を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らはクロム化合物のセラミックス材料を長年検
討していたところ、炭窒化クロム［ＣｒｄＣ、Ｎ　）］
のクロム化合物が、炭化クロム単味が示す導電性よりも
著しく高い導電性を示すことを知見して本発明を完成し
た。

すなわち、本発明は炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ）と窒化クロ
ム（ＣｒｚＮ）との固溶体である炭窒化クロム［Ｃｒｚ
（Ｃ、Ｎ　）］であって、且つ該炭窒化クロムの常温に
おける体積固有抵抗が１〜１０−ｓΩＣＩｌの範囲にあ
ることを特徴とする導電性炭窒化クロム粉末及びその製
造方法を提供するにある。

［作用］ 上記のように本発明にかかる導電性炭窒化クロム粉末は
炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ）と窒化クロム（Ｃｒｚ　Ｎ　）
との相互固溶体であるが、これは両者の不定比化合物［
Ｃｒｚ　（Ｃ、Ｎ　）］であって、その割合は焼成雰囲
気あるいは焼成温度等により変化し、またその割合の相
違により導電性も変化する。

なお、上記した炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ）は充分に明らか
にされた化合物ではなく、高温で安定に存在しないとの
報告［エイチ・ラックス（Ｈ，Ｌｕｘ）らのＣｈｅｓ、
Ｂｅｒ、、９４　１５６２〜フ１（１９６１）］がある
。

事実、Ｃｒ粉末とＣとの混合物を１０００℃以上で焼成
してもＣｒ２Ｃは生成しないけれども、Ｃｒ２Ｎと固溶
体を形成して［Ｃｒｚ　（Ｃ、Ｎ　）］となると安定に
存在するようになる。

換言すれば、本発明における炭窒化クロム　　　　　　
　　　）［Ｃｒｚ（Ｃ、Ｎ　）］はＣｒ２ＣにＮが固溶
して安定化した化合物、あるいはＣｒ　２　ＮにＣが固
溶した化合物ともみなすことかできる。

炭化クロムまたは窒化クロムのそれぞれ単味は、酸化ク
ロムよりも良好な導電性を示すものの、それほど良導体
ではない、しかし、炭窒化クロムが非金属であるにも拘
わらず、場合によっては金属材料差に著しく良好な導電
性を示すことは全く予想外の現象である。

すなわち、本発明にかかる炭窒化クロム粉末の導電性は
上記のように固溶比によって変化するが、多くの場合体
積固有抵抗で表して１〜１０−ｓΩｅｌｌの範囲にある
。

また、このような炭窒化クロムの粉末は多くの場合、平
均粒子径が０．１〜２０μｍの範囲にあることが好まし
い、この理由は導電性添加剤またはセラミックス材料と
しての用途に基づくことのほかに、製造上、この範囲以
外のものは難しいことによる。

更に、本発明にかかる炭窒化クロム粉末は粉末自体が均
質系の炭窒化クロムは勿論のことであるが、他の粉末と
して芯材が酸化クロムで、その表面層を導電性炭窒化ク
ロム層で被覆した状態のものも含むものである。

このような粉末は後述する如く、酸化クロムを原料とし
た場合に製造できるもので、比較的粒子径の大きい酸化
クロムを用いたときに容易に得ることができる。

上記の導電性炭窒化クロム粉末は金属クロム粉末または
酸化クロム粉末またはそれら両者をＣＯ及びＮ２の混合
ガス雰囲気において焼成し、該粉末を炭窒化させること
を特徴として製造することができる。

本発明方法における出発原料としては金属クロム粉末ま
たは酸化クロム粉末を挙げることができ、金属クロム粉
末の粒度は特に限定することなく用いることができるが
、他方、酸化クロムは平均粒子径が０．１〜２０μｍの
範囲に°あるものを用いることが好ましい。

ここで酸化クロムというのは酸化クロム（ＣｒｚＯ＊）
自体は勿論であるが、その先駆体、すなわち通常の酸化
焼成雰囲気でＣｒ２０ｚに転換しうるクロムの酸化物、
例えばＣｒＯ２、ＣｒＯ□及びＣｒ５Ｏａ等、水酸化ク
ロム、蟻酸クロム、酢酸クロムまたはシュウ酸クロムな
どの有機酸クロムをも包含する。。

次に、ＣＯ及びＮ２の混合ガス雰囲気というのは前記原
料粉末の焼成雰囲気が、ＣＯガス分圧及びＮ２ガス分圧
が充分に高い焼成雰囲気の状態をいい、これらのガス雰
囲気は多くの場合、同時に構成されるが、必ずしもこれ
に限らず経時的に各ガス分圧を高めた焼成雰囲気を生成
させ、結果的に混合ガス雰囲気を構成させても差支えな
い。

なお、これらの混合ガス源としては、それらのガス自体
は勿論のこと、焼成温度において、それらのガスを発生
または含有するものであってもよい。

例えば、原料粉末にグラファイト等の炭素粉末を混合充
填しておき、Ｎ２ガスまたはＮＨ，ガスを導入する場合
、炭素粉末が残存する限りにおいて０□ガスや空気を一
緒に導入しても、結果としてＣＯ及びＮ２の混合ガス雰
囲気が構成されるので、本発明の好ましい焼成態様とし
てあげることができる。

しかして、上記雰囲気による原料粉末の焼成は炭窒化ク
ロムが生成しうるに必要且つ充分な焼成温度で行なわれ
るが、多くの場合、焼成は少なくとも約９００℃以上、
好ましくは１１００〜１ら００℃の範囲において行なわ
れる。

また、焼成時間は上記の温度条件や雰囲気組成または特
に原料粉末の種類によって大幅に異なる。

例えば、金属クロム粉末は酸化クロム粉末に比して著し
く速やかに炭窒化クロムを生成するが、酸化クロムを均
質な炭窒化クロムへ転換するためにはそれよりも充分に
時間をかける必要がある。

更に、この場合、焼成時間をコントロールすることによ
り表面層のみを炭窒化クロムにし、芯材として酸化クロ
ムの部分を意図的に残留させることも可能である。

このようなことから焼成時間は１６時間以内にあれば、
任意の焼成時間を使用することができるが、多くの１０
分〜３時間の範囲内が好ましい。

焼成操作は上記の焼成雰囲気が構成しうる限り特に限定
されるものではなく、動的または静的な操作のいずれで
あっても製造することができる。

すなわち、動的焼成操作としては流動法または回転炉を
使用して行なうのが代表的であり、また静的焼成操作と
しては原料粉末をアルミナ等の適当なルツボに入れて焼
成する方法が挙げられる。

かくして製造される粉末は少なくとも粒子表面に炭窒化
クロム［Ｃｒ２（Ｃ、Ｎ　）］を形成したクロム化合物
系粉末であり、その常温における体積固有抵抗値が１〜
１０−５ΩｃＩＩの範囲にある導電性粉末であり、必要
に応じて粉砕または粒度調整して製品とすることができ
る。

本発明にかかる導電性粉末の導電性は高いものにおいて
は通常金属粉並の導電性を有し、必要に応じて有機また
は無機材料に添加して該材料への導電または制電性を与
える用途に利用することができる。

［実施例］ 以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明する。

夾ＩＪＬＬ ロータリーキルン（直径２００Ｉ、長さ２５００＋＊ｗ
＋）に金属クロム粉末（２５０メツシュ篩全通）を充填
し、炉内最高温度１３５０℃で、ＣＯ：Ｎ２の容量比＝
１：２の割合にある混合ガスを向流で導入し、平均滞留
時間３０分となるような条件で焼成した。

得られた粉末はＸ線回折では炭化クロムと窒化クロムと
の固溶体と推定できる炭窒化クロムの回折線が認められ
、この粉末の室温における体積固有抵抗値を測定したと
ころ４．３Ｘ１０−’Ωｃｍの導電性のすぐれた粉末で
あった。

え五１工 実施例１と同じロータリーキルンにて同じ金属クロムと
同量の炭素粉末との混合物を充填し、自流で空気を導入
した以外は実施例１と同様の操作で焼成した。

次いで得られた焼成物を水液及び乾燥すると、得られた
粉末は炭窒化クロム粉末であり、その室温における体積
固有抵抗値は７．６Ｘ１−０−’の導電性を示しめしな
。

１１乱と 平均粒子径０．８μｍの酸化クロム粉末１００重量部及
び炭素粉末２０重量部からなる混合物を実施例１と同じ
ロータリーキルンに充填し、ＣＯ：Ｎ２の容量比＝１＝
５の割合の混合ガスを自流で導入した。このとき炉内最
高温度は１４００℃であり、平均滞留時間を約１時間に
設定して運転した。

得られた粉末は炭窒化クロムであり、その導電性を測定
したところ、室温における体積固有抵抗値は５．３Ｘ１
０−’Ωｅ１ｍの導電性を示した。

及１九支 平均粒子径１８μ積の粗大酸化クロム粉末を用い、焼成
温度を１３００℃に設定した以外は実施例３と同様に操
作して粉末を得た。

この粉末をＸ線回折したところ酸化クロムと炭窒化クロ
ムの双方の回折線が認められたところから、粒子の表面
層のみが炭窒化クロム化していることがわかった。

この粉末の導電性を測定したところ、室温における体積
固有抵抗値は０．３５ΩｃＩＩ＋の導電性を示した。

夾角」１区 酸化クロム粉末（平均粒子径０，５、μｍ）１００重量
部及びシュウ酸クロム１００重量部との混合物をアルミ
ナルツボに充填して電気炉内に入れ、Ｎ　ＨｓガスとＣ
ＯガＸ（ＮＨｓ：Ｃ０＝５：２）（’）混合ガスをルツ
ボ内に導入し５００℃／時間で１４００℃まで昇温し、
１４００℃に２時間保持した。

得られた焼成物を軽く粉砕した後、電導度を測定したと
ころ室温で４．５Ｘ１０−２Ωｅ１ｍの導電性を示した
。

［発明の効果］ 本発明にかかる炭窒−化クロム粉末は極めてすぐれた導
電性を示す特異な物性を有するクロム化合物である。

製造条件により導電性をコントロールでき、それに応じ
た用途が展開できる。

例えば高分子材料に対する導電性フィラーとして、ある
いは導電性塗料として効果的に用いることができ、また
これ自体あるいは多の耐火材料と共にセラミックスへの
素材として適用できるものである。

また、本発明にかかる方法によれば工業的に有利に上記
導電性粉末を製造することができ、その目的とする用途
に容易に提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化クロム（Ｃｒ＿２Ｃ）と窒化クロム（Ｃｒ＿２
   Ｎ）との固溶体である炭窒化クロム［Ｃｒ＿２（Ｃ、Ｎ
   ）］であつて、且つ該炭窒化クロムの常温における体積
   固有抵抗が１〜１０＾−５＾Ωｃｍの範囲にあることを
   特徴とする導電性炭窒化クロム粉末。 ２、炭窒化クロムの芯材が酸化クロムである特許請求の
   範囲第１項記載の導電性炭窒化クロム粉末。 ３、金属クロム粉末または酸化クロム粉末またはそれら
   両者をＣＯ及びＮ＿２の混合ガス雰囲気において焼成し
   、該粉末を炭窒化させることを特徴とする導電性炭窒化
   クロム粉末の製造方法。 ４、ＣＯ及びＮ＿２の混合ガス雰囲気の焼成はＣＯガス
   及びＮ＿２ガスの混合ガスを通気して行なう特許請求の
   範囲第３項記載の導電性炭窒化クロム粉末の製造方法。 ５、ＣＯ及びＮ＿２の混合ガス雰囲気の焼成は原料粉末
   と炭素粉末とを混合してＮ＿２ガスまたは空気を通気し
   て行なう特許請求の範囲第３項記載の導電性炭窒化クロ
   ム粉末の製造方法。 ６、ＣＯ及びＮ＿２の混合ガス雰囲気の焼成はＣＯガス
   とＮＨ＿３ガスとの混合ガスを通気して行なう特許請求
   の範囲第３項記載の導電性炭窒化クロム粉末の製造方法
   。 ７、ＣＯ及びＮ＿２の混合ガス雰囲気の焼成は温度１０
   ００℃以上で行なう特許請求の範囲第３項ないし第６項
   のいずれかに記載の導電性炭窒化クロム粉末の製造方法
   。