JPS63260808A - 遷移金属炭化物の製法 - Google Patents
遷移金属炭化物の製法Info
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- JPS63260808A JPS63260808A JP63088032A JP8803288A JPS63260808A JP S63260808 A JPS63260808 A JP S63260808A JP 63088032 A JP63088032 A JP 63088032A JP 8803288 A JP8803288 A JP 8803288A JP S63260808 A JPS63260808 A JP S63260808A
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Classifications
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
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- C01P2004/00—Particle morphology
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-
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Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、炭化タングステンのような高融点金属の炭
化物の製造方法に関する。
化物の製造方法に関する。
従来の技術
炭化物を製造する場合、元素状金属は必須の要素と考え
られており、一つの常套法は、パラタングステン酸アン
モニウムを水素を用いて還元することによって元素状タ
ングステン粉末をyfl成させ、該粉末をカーボンブラ
ックと共に粉砕し、1500℃で焼成する方法であるが
、水素はコスト高であり、粉砕は不便であり、処理温度
が高いために操作し難く、さらに処理工程数が多くて不
利であるという難点がある。
られており、一つの常套法は、パラタングステン酸アン
モニウムを水素を用いて還元することによって元素状タ
ングステン粉末をyfl成させ、該粉末をカーボンブラ
ックと共に粉砕し、1500℃で焼成する方法であるが
、水素はコスト高であり、粉砕は不便であり、処理温度
が高いために操作し難く、さらに処理工程数が多くて不
利であるという難点がある。
発明が解決しようとする課題
この発明は従来法のこのような問題点を解消するために
なされたものである。
なされたものである。
課題を解決するための手段
即ち本発明は、1900℃以上、好ましくは2aoo”
c以上の融点を有する遷移金属の酸化物および局部的に
過飽和な炭素源を、1500℃を越えない温度であって
、該炭素源が元素状金属よりも該酸化物上において優先
的に炭化物の核を生成するのに十分な活性を示す温度に
おいて反応させることを含む遷移金属炭化物の製法に関
する。
c以上の融点を有する遷移金属の酸化物および局部的に
過飽和な炭素源を、1500℃を越えない温度であって
、該炭素源が元素状金属よりも該酸化物上において優先
的に炭化物の核を生成するのに十分な活性を示す温度に
おいて反応させることを含む遷移金属炭化物の製法に関
する。
使用し得る金属にはニオビウム(融点2470℃)、モ
リブデン(融点2620℃)、タンタル(融点2850
°C)およびタングステン(融点3370℃)等が含ま
れるが、チタン(融点1800℃)やホウ素等の非金属
は含まれない。最も好ましい金属はタングステンやモリ
ブデンであり、この場合、反応温度は750°C〜92
0℃が好ましく、より好ましくは800℃〜900°C
である。タンタルやニオビウムの場合の反応温度は11
00℃〜1500℃が好ましく、より好ましくは122
0’0〜1380℃である。これらの金属は単独もしく
は混合物として使用してもよく、所望により、他の炭化
物形成性物質との混合物として使用してもよい。タング
ステンとモリブデンの混合物は特に好ましい。
リブデン(融点2620℃)、タンタル(融点2850
°C)およびタングステン(融点3370℃)等が含ま
れるが、チタン(融点1800℃)やホウ素等の非金属
は含まれない。最も好ましい金属はタングステンやモリ
ブデンであり、この場合、反応温度は750°C〜92
0℃が好ましく、より好ましくは800℃〜900°C
である。タンタルやニオビウムの場合の反応温度は11
00℃〜1500℃が好ましく、より好ましくは122
0’0〜1380℃である。これらの金属は単独もしく
は混合物として使用してもよく、所望により、他の炭化
物形成性物質との混合物として使用してもよい。タング
ステンとモリブデンの混合物は特に好ましい。
炭素源は1以上の炭素活性(carbon acti
vity)を有するガス状雰囲気(例えば−酸化炭素ガ
スまたは分解天然ガス)であってもよく、あるいは石炭
(不純物としての灰分が許容量以下の場合)もしくは塩
化第二鉄からの鉄等によって触媒活性を付与されたグラ
ファイトにの触媒はC(グラファイト)+GO,→2C
Oの反応を促進する]を使用してもよい。モリブデンの
場合には、石炭は反応性が高過ぎるので炭素源として使
用すべきでない。
vity)を有するガス状雰囲気(例えば−酸化炭素ガ
スまたは分解天然ガス)であってもよく、あるいは石炭
(不純物としての灰分が許容量以下の場合)もしくは塩
化第二鉄からの鉄等によって触媒活性を付与されたグラ
ファイトにの触媒はC(グラファイト)+GO,→2C
Oの反応を促進する]を使用してもよい。モリブデンの
場合には、石炭は反応性が高過ぎるので炭素源として使
用すべきでない。
モリブデンまたはモリブデン/タングステン混合物の場
合にはグラファイトが好ましいが、タングステン単独の
場合には炭素源はガス状にすべきである。
合にはグラファイトが好ましいが、タングステン単独の
場合には炭素源はガス状にすべきである。
本発明方法においては、酸化物は炭化物へ直接的に変換
され、元素状金属は生じない。例えば、WO□における
金属原子の副格子(sublattice)はWCの場
合と類似するので、WO,上でのWCの核生成は容易に
おこなわれる。従って本発明方法によれば、単一の酸化
物粒子上に多数の核が同時に生成して成長するので、各
粒子上には分離可能な炭化物クリスタライトが形成され
る。得られるWC粒子の粒径は約0.1〜0.2μIで
ある。従って本発明方法によれば、元素状金属を経る方
法によって製造されるWC粒子よりも高強度の焼結炭化
物合金が得られる。何故ならば、後者の方法によって得
られるWC粒子の粉砕後の粒径は約1μmもしくはそれ
以上であり、強度は1/(粒径)3に比例するからであ
る。その他の金属の場合にも、本発明によれば、より粒
径の小さな炭化物が得られる。核の成長、即ち酸化物か
ら炭化物への変換は、−酸化炭素ガスと酸化物との反応
によって絶えずおこなわれる。炭素源が固体の場合には
、該炭素源は次の反応に従って必要な一酸化炭素を連続
的に補給する:CO!(炭化物形成反応の副生成物)十
C(固体)→2CO(その後の反応に利用可能)。
され、元素状金属は生じない。例えば、WO□における
金属原子の副格子(sublattice)はWCの場
合と類似するので、WO,上でのWCの核生成は容易に
おこなわれる。従って本発明方法によれば、単一の酸化
物粒子上に多数の核が同時に生成して成長するので、各
粒子上には分離可能な炭化物クリスタライトが形成され
る。得られるWC粒子の粒径は約0.1〜0.2μIで
ある。従って本発明方法によれば、元素状金属を経る方
法によって製造されるWC粒子よりも高強度の焼結炭化
物合金が得られる。何故ならば、後者の方法によって得
られるWC粒子の粉砕後の粒径は約1μmもしくはそれ
以上であり、強度は1/(粒径)3に比例するからであ
る。その他の金属の場合にも、本発明によれば、より粒
径の小さな炭化物が得られる。核の成長、即ち酸化物か
ら炭化物への変換は、−酸化炭素ガスと酸化物との反応
によって絶えずおこなわれる。炭素源が固体の場合には
、該炭素源は次の反応に従って必要な一酸化炭素を連続
的に補給する:CO!(炭化物形成反応の副生成物)十
C(固体)→2CO(その後の反応に利用可能)。
本発明方法は連続的におこなうことができる。
予め混合した金属酸化物と固体状炭素は向流ペレット反
応器内において下方へ通過させ、ガスを上方へ流すこと
によって反応させることができる。反応器内での滞留時
間は反応時間に等しくなるように調整する。生成する炭
化物は反応器の底部から連続的に取り出される。他の生
成物(−酸化炭素ガス)は回収して補給原料として利用
することができる。
応器内において下方へ通過させ、ガスを上方へ流すこと
によって反応させることができる。反応器内での滞留時
間は反応時間に等しくなるように調整する。生成する炭
化物は反応器の底部から連続的に取り出される。他の生
成物(−酸化炭素ガス)は回収して補給原料として利用
することができる。
本発明を以下の実施例によって説明する。
白金抵抗炉にシリカ反応管を設置し、該管内は特に言及
しない限りアルゴン雰囲気に保った。
しない限りアルゴン雰囲気に保った。
粒径が1μm以下の三酸化モリブデン(純度99゜9%
)および分光学的に純粋なグラファイト粉末を使用した
。
)および分光学的に純粋なグラファイト粉末を使用した
。
適量の酸化物とグラファイトを秤量し、混合した後、さ
らに12時間以上にわたってロール粉砕をおこない、十
分に混合することによって試料を調製した。該混合物を
鉄製ダイへのプレス処理に付すことによってペレット(
直径0 、6 cm)を調製した。全ての実験における
炭素の使用量は、特に8及しない限り、酸化物の酸素と
反応してCOを生成して炭化物を形成させるのに必要な
化学量論量の2倍とした。
らに12時間以上にわたってロール粉砕をおこない、十
分に混合することによって試料を調製した。該混合物を
鉄製ダイへのプレス処理に付すことによってペレット(
直径0 、6 cm)を調製した。全ての実験における
炭素の使用量は、特に8及しない限り、酸化物の酸素と
反応してCOを生成して炭化物を形成させるのに必要な
化学量論量の2倍とした。
試料を秤量して白金皿に入れ、これを反応管内へ入れ、
アルゴン雰囲気下で炉の加熱をおこなつIこ。
アルゴン雰囲気下で炉の加熱をおこなつIこ。
実施例1(モリブデン)
三酸化モリブデンとグラファイトを820℃(実施例I
A)または890℃(実施例IB)で反応させた。両方
の反応において、完全な反応速度に達する前に誘導期間
がみられた。このような誘導期間は、気相中間段階反応
を経て進行するこのタイプの固体一固体反応において普
通みられるものである。
A)または890℃(実施例IB)で反応させた。両方
の反応において、完全な反応速度に達する前に誘導期間
がみられた。このような誘導期間は、気相中間段階反応
を経て進行するこのタイプの固体一固体反応において普
通みられるものである。
820℃または890℃においては、MOICへの変換
は完全におこなわれる。この反応は温度の影響を非常に
受けやすく、820℃では1時間半で反応は完結するが
、890℃ではわずかに20分間で反応は終了する。X
−線回折分析の結果、生成物は粒径が約0.2μm(実
施例IA)または約0.15.un(実施例IB)のa
−MozCであることが判明した。
は完全におこなわれる。この反応は温度の影響を非常に
受けやすく、820℃では1時間半で反応は完結するが
、890℃ではわずかに20分間で反応は終了する。X
−線回折分析の結果、生成物は粒径が約0.2μm(実
施例IA)または約0.15.un(実施例IB)のa
−MozCであることが判明した。
種々の中間体試料のX−線回折分析の結果から次のこと
が判明した。即ち、三酸化物は他の中間体マグネリ(M
agneli)型の段階を経て二酸化物に還元され、次
いでモリブデン金属を生成することなく、該酸化物から
直接炭化モリブデンが形成される。
が判明した。即ち、三酸化物は他の中間体マグネリ(M
agneli)型の段階を経て二酸化物に還元され、次
いでモリブデン金属を生成することなく、該酸化物から
直接炭化モリブデンが形成される。
反応を促進するために、触媒としてF eCQ3を炭素
に対して5%の割合で別の試料に添加した。
に対して5%の割合で別の試料に添加した。
820℃においては(実施例IC)、反応は約20分間
で完結し、890℃においては(実施例LD)、7分間
以内に反応は完結した。得られたMo、Cの粒径は約0
.1μm(実施例1c)または約0.1μm(実施例I
D)であつt;。MoO3の還元/炭化がCOを含む気
相中間反応を経て起こるとすれば、この改良は、FeC
α、が炭素上に鉄を吸着させてCO3+C→2COの反
応を促進することに起因する。
で完結し、890℃においては(実施例LD)、7分間
以内に反応は完結した。得られたMo、Cの粒径は約0
.1μm(実施例1c)または約0.1μm(実施例I
D)であつt;。MoO3の還元/炭化がCOを含む気
相中間反応を経て起こるとすれば、この改良は、FeC
α、が炭素上に鉄を吸着させてCO3+C→2COの反
応を促進することに起因する。
グラファイトの代わりに石炭を使用し、これを820℃
または890℃において二酸化モリブデンと反応させた
ところ、Mo、Cへの完全な炭化には20時間を要した
。石炭は触媒活性を付与したグラファイトよりも反応性
が高いので、この反応機構にはモリブデン金属の生成反
応が含まれるが(Mo○、−+MoO,−+Mo−+M
o、C)、これは本発明によるものではない。
または890℃において二酸化モリブデンと反応させた
ところ、Mo、Cへの完全な炭化には20時間を要した
。石炭は触媒活性を付与したグラファイトよりも反応性
が高いので、この反応機構にはモリブデン金属の生成反
応が含まれるが(Mo○、−+MoO,−+Mo−+M
o、C)、これは本発明によるものではない。
本発明による別の試料(IE)中の三酸化モリブデンを
一酸化炭素ガスの形の炭素と820°Cにおいて反応さ
せた。モリブデンと炭化物(粒径約0゜2μm)の形成
反応は1時間〜1時間半で完結した。
一酸化炭素ガスの形の炭素と820°Cにおいて反応さ
せた。モリブデンと炭化物(粒径約0゜2μm)の形成
反応は1時間〜1時間半で完結した。
実施例2(タングステン
WO1粉末(粒径1μm)を−酸化炭素の形の炭素を用
いて800°Cで処理しI;。WC(粒径0.1〜0.
2μm)の生成反応は速やかに進行し、約2時間で完結
した。反応温度が900℃以上になると、反応経路は元
素状金属を経由するものとなり、反応はより緩慢となり
、800℃での反応速度は1120℃まで(石炭を使用
する場合には1200℃以上まで)回復しない。もちろ
ん、この反応経路は本発明によるものではない。グラフ
ァイトもしくは石炭の形の炭素を用いる900℃以下の
反応も本発明によるものではない。何故ならば、このよ
うな形態の炭素は炭化物の核を形成するのに十分な活性
を有していないからであり、反応は起こらない。105
3℃になると反応は数日間かかって緩慢に進行する。X
−線回折分析の結果、次の反応経路が判明した:WO,
→Wo2→W→W、C(最後の反応段階は系から全酸素
を除去することによって開始する)。
いて800°Cで処理しI;。WC(粒径0.1〜0.
2μm)の生成反応は速やかに進行し、約2時間で完結
した。反応温度が900℃以上になると、反応経路は元
素状金属を経由するものとなり、反応はより緩慢となり
、800℃での反応速度は1120℃まで(石炭を使用
する場合には1200℃以上まで)回復しない。もちろ
ん、この反応経路は本発明によるものではない。グラフ
ァイトもしくは石炭の形の炭素を用いる900℃以下の
反応も本発明によるものではない。何故ならば、このよ
うな形態の炭素は炭化物の核を形成するのに十分な活性
を有していないからであり、反応は起こらない。105
3℃になると反応は数日間かかって緩慢に進行する。X
−線回折分析の結果、次の反応経路が判明した:WO,
→Wo2→W→W、C(最後の反応段階は系から全酸素
を除去することによって開始する)。
実施例3にニオビウム)
NblOsと石炭を1310℃において反応させた。粒
径が約1pmのNbCを生成する反応は3時間半で完結
した。X−線回折分析の結果、Nb、O。
径が約1pmのNbCを生成する反応は3時間半で完結
した。X−線回折分析の結果、Nb、O。
は迅速にNbO,に還元された後、直接NbCに変換さ
れることが判明した。
れることが判明した。
反応を密閉したグラファイト製坩堝内でおこなうと反応
速度は増大した。このことは、ガス状生成物であるCO
が不可欠な中間体となって坩堝中に保持されることを示
す。石炭の形の炭素を化学量論的に必要な量だけ使用す
ると、NbC(粒径約Iμm)への完全な変換は126
0°Cにおいては3時間で終了する。
速度は増大した。このことは、ガス状生成物であるCO
が不可欠な中間体となって坩堝中に保持されることを示
す。石炭の形の炭素を化学量論的に必要な量だけ使用す
ると、NbC(粒径約Iμm)への完全な変換は126
0°Cにおいては3時間で終了する。
本発明の範囲外であるが、Nb2O,とグラファイトの
反応は少なくとも1200℃までは緩慢にしか進行せず
、まI;、Nb、O,と−酸化炭素との反応は1100
°Cで36時間かかる。
反応は少なくとも1200℃までは緩慢にしか進行せず
、まI;、Nb、O,と−酸化炭素との反応は1100
°Cで36時間かかる。
実施例4(タンタル)
Ta、06と石炭との反応は1350℃で起こり、14
00℃では2時間で完結する。グラファイトは石炭に比
べて幾分反応活性は劣るが、全般的にはタンタルはニオ
ビウム(実施例3)と類似の挙動を示す。生成物の粒径
は約Iμmである。
00℃では2時間で完結する。グラファイトは石炭に比
べて幾分反応活性は劣るが、全般的にはタンタルはニオ
ビウム(実施例3)と類似の挙動を示す。生成物の粒径
は約Iμmである。
発明の効果
本発明によれば、高融点遷移金属の炭化物を該金属の酸
化物から直接的に製造することができ、該炭化物の連続
的な製造が可能となる。
化物から直接的に製造することができ、該炭化物の連続
的な製造が可能となる。
特許出願人 ナショナル・リサーチ・ディベロップメン
ト・コーボレイション
ト・コーボレイション
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、1900℃以上の融点を有する遷移金属の酸化物お
よび局部的に過飽和な炭素源を、1500℃を越えない
温度であって、該炭素源が元素状金属よりも該酸化物上
において優先的に炭化物の核を生成するのに十分な活性
を示す温度において反応させることを含む遷移金属炭化
物の製法。 2、遷移金属がニオビウムまたはタンタルである請求項
1記載の方法。 3、酸化物が反応する温度が1100℃〜1500℃で
ある請求項2記載の方法。 4、温度が1220℃〜1380℃である請求項2記載
の方法。 5、遷移金属が2600℃以上の融点を有する請求項1
記載の方法。 6、遷移金属がタングステンもしくはモリブデンまたは
これらの混合物である請求項5記載の方法。 7、酸化物が反応する温度が750℃〜920℃である
請求項6記載の方法。 8、温度が800℃〜900℃である請求項7記載の方
法。 9、炭素源が、1以上の炭素活性を有するガス状雰囲気
である請求項1から8いずれかに記載の方法。 10、炭素源が一酸化炭素ガスまたは分解天然ガスであ
る請求項9記載の方法。 11、炭素源が石炭または触媒化グラファイトである請
求項1から8いずれかに記載の方法。 12、グラファイトが分解塩化第二鉄によって触媒活性
を付与された請求項11記載の方法。 13、実施例1から4のいずれかに実質的に記載された
請求項1記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB878708604A GB8708604D0 (en) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | Making carbides of high-melting metals |
GB8708604 | 1987-04-10 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63260808A true JPS63260808A (ja) | 1988-10-27 |
Family
ID=10615603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63088032A Pending JPS63260808A (ja) | 1987-04-10 | 1988-04-09 | 遷移金属炭化物の製法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0286294A2 (ja) |
JP (1) | JPS63260808A (ja) |
AU (1) | AU1431688A (ja) |
GB (2) | GB8708604D0 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03501721A (ja) * | 1989-03-28 | 1991-04-18 | ペシネ・ルシエルシユ | 高い比表面積を有する重金属炭化物の製造方法 |
JPH03208811A (ja) * | 1990-01-12 | 1991-09-12 | Tokyo Tungsten Co Ltd | 超微粒wc粉,及びその製造方法 |
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FR2653427B2 (fr) * | 1989-03-28 | 1994-04-15 | Pechiney Electrometallurgie | Perfectionnement a l'obtention de carbure de metaux lourds a surface specifique elevee. |
FR2645143B1 (fr) * | 1989-03-28 | 1992-01-17 | Pechiney Electrometallurgie | Obtention de carbures de metaux lourds a surface specifique elevee |
DE4125505A1 (de) * | 1990-08-08 | 1992-02-13 | Sueddeutsche Kalkstickstoff | Verfahren zur herstellung von metallcarbiden |
FR2666520B1 (fr) * | 1990-09-06 | 1993-12-31 | Pechiney Recherche | Procede d'activation de la surface de carbures de metaux lourds a surface specifique elevee en vue de reactions catalytiques. |
FR2684091B1 (fr) * | 1991-11-21 | 1994-02-25 | Pechiney Recherche | Procede de fabrication de carbures metalliques a grande surface specifique sous balayage de gaz inerte a pression atmospherique. |
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US5919428A (en) * | 1996-12-05 | 1999-07-06 | Nanodyne Incorporated | Method of forming tungsten carbide particles |
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AT3064U1 (de) * | 1998-12-28 | 1999-09-27 | Plansee Tizit Gmbh | Gaskarburierungsverfahren zur herstellung von reinem wc-pulver |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1084338A (ja) * | 1963-08-07 | |||
GB1055033A (en) * | 1964-01-28 | 1967-01-11 | Pechiney Prod Chimiques Sa | Improvements in or relating to a solid solution of fine grain carbides |
US3419415A (en) * | 1964-09-29 | 1968-12-31 | Metco Inc | Composite carbide flame spray material |
GB1141538A (en) * | 1965-05-27 | 1969-01-29 | Union Carbide Corp | Columbium addition agent |
NL6915929A (ja) * | 1968-11-28 | 1970-06-01 | Licentia Gmbh | |
GB1313845A (en) * | 1969-04-23 | 1973-04-18 | Atomic Energy Authority Uk | Reduction of oxides of refractory metals |
DE2063350A1 (de) * | 1970-06-04 | 1972-06-29 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung von Brennstoffelektroden für elektrochemische Systeme, insbesondere für Brennstoffzellen |
US3802847A (en) * | 1970-10-30 | 1974-04-09 | Sumitomo Electric Industries | Rotary furnace for carburization |
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US3932594A (en) * | 1973-12-28 | 1976-01-13 | Union Carbide Corporation | Process for the preparation of fine grain metal carbide powders |
SU617485A1 (ru) * | 1975-06-26 | 1978-07-30 | Отделение Ордена Ленина Институт Химической Физик Ан Ссср | Способ получени тугоплавких неорганически материалов |
DE2713308C2 (de) * | 1977-03-25 | 1979-04-19 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Herstellung eines Wolframcarbidkatalysators |
-
1987
- 1987-04-10 GB GB878708604A patent/GB8708604D0/en active Pending
-
1988
- 1988-03-29 EP EP88302763A patent/EP0286294A2/en not_active Withdrawn
- 1988-03-29 GB GB08807462A patent/GB2203421A/en not_active Withdrawn
- 1988-04-06 AU AU14316/88A patent/AU1431688A/en not_active Abandoned
- 1988-04-09 JP JP63088032A patent/JPS63260808A/ja active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0286294A2 (en) | 1988-10-12 |
GB2203421A (en) | 1988-10-19 |
AU1431688A (en) | 1988-10-13 |
GB8807462D0 (en) | 1988-05-05 |
GB8708604D0 (en) | 1987-05-13 |
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