JPS63277506A - 窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくはそれら両者の固溶体の合成方法 - Google Patents
窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくはそれら両者の固溶体の合成方法Info
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- JPS63277506A JPS63277506A JP62110831A JP11083187A JPS63277506A JP S63277506 A JPS63277506 A JP S63277506A JP 62110831 A JP62110831 A JP 62110831A JP 11083187 A JP11083187 A JP 11083187A JP S63277506 A JPS63277506 A JP S63277506A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
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- C01B21/076—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with titanium or zirconium or hafnium
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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1
本発明は高融点、高硬度を有する超硬耐熱材料であり、
また電気材料として応用される高純度の、窒化チタン、
炭化チタンもしくは両者の固溶体を、従来の技術に比し
数十分の−の時間、で超迅速に合成することのできる窒
化チタン、炭化チタンもしくは両者の合成方法に関する
ものである。
また電気材料として応用される高純度の、窒化チタン、
炭化チタンもしくは両者の固溶体を、従来の技術に比し
数十分の−の時間、で超迅速に合成することのできる窒
化チタン、炭化チタンもしくは両者の合成方法に関する
ものである。
[従来の技術]
従来、高速度工具等に用いられる材料としては、タング
ステン系が主流を占め、窒化チタンもしくは炭化チタン
(以下夫々TiN、TiCと略称する)の需要はあまり
多くはなかった。それは主として良好な品質のTiN粉
やT i C粉を経済的に得ることができなかったから
である。またT i N 、 T i Cの固溶体につ
いては、従来その存在は確認されていたものの、その組
成の変化の状態、製造技術については、はとんど研究さ
れておらず、七め用途についてもほとんど知られていな
かったから、その利用も進まなかったのである。
ステン系が主流を占め、窒化チタンもしくは炭化チタン
(以下夫々TiN、TiCと略称する)の需要はあまり
多くはなかった。それは主として良好な品質のTiN粉
やT i C粉を経済的に得ることができなかったから
である。またT i N 、 T i Cの固溶体につ
いては、従来その存在は確認されていたものの、その組
成の変化の状態、製造技術については、はとんど研究さ
れておらず、七め用途についてもほとんど知られていな
かったから、その利用も進まなかったのである。
従って上記需要が多くはなかったのは、これらT i
NやT i Cの特質を十分に生かした工具材料箋の開
発が少なかったためであったともいえる。
NやT i Cの特質を十分に生かした工具材料箋の開
発が少なかったためであったともいえる。
しかしながら、チタン系の窒化物や炭化物は。
硬度が極めて高く、耐熱性に特に優れている上、資源面
でもタングステンに比較し安定しているなど種々の有利
な面があるので、今後、合金特性の向上とあいまって、
脱タングステンの材料として、これらチタン系材料が重
要な原料化合物であることが認識されるに至っている。
でもタングステンに比較し安定しているなど種々の有利
な面があるので、今後、合金特性の向上とあいまって、
脱タングステンの材料として、これらチタン系材料が重
要な原料化合物であることが認識されるに至っている。
そこで、これらの製造方法には、従来技術として次のよ
うなものがある。
うなものがある。
(a)TiN粉の従来の製造方法
at)オキサイド法
酸化チタン粉と還元に必要な炭素分を十分に混合し、容
器に入れて、誘導加熱電気炉などを用いN2あるいはN
H3気流中にて1,500ないし 1,800 [”0
]に加熱し、還元と窒化を同時に行なわせる方法である
。
器に入れて、誘導加熱電気炉などを用いN2あるいはN
H3気流中にて1,500ないし 1,800 [”0
]に加熱し、還元と窒化を同時に行なわせる方法である
。
a2)メタル法
金属チタン粉または水素化チタン粉を容器に入れ、抵抗
加熱電気炉などを用いN2またはNH3気流中で加熱し
て窒化する方法であるが、 9oo[’c1以上では反
応が急激となり多大の発熱を伴ない、溶融することがあ
り1.窒化進行が困難となるので二段窒化法が用いられ
る。
加熱電気炉などを用いN2またはNH3気流中で加熱し
て窒化する方法であるが、 9oo[’c1以上では反
応が急激となり多大の発熱を伴ない、溶融することがあ
り1.窒化進行が困難となるので二段窒化法が用いられ
る。
即ち900[”O]以下の温度で金属チタン粒子の表面
に安定な窒化物を形成させ、次いでN2またはN H3
気流中で1,500 [℃]前後に温度を上げて二段目
の窒化を行なう方法である。炭素や酸素の含有量の少な
い高純度のTiNが得られる。
に安定な窒化物を形成させ、次いでN2またはN H3
気流中で1,500 [℃]前後に温度を上げて二段目
の窒化を行なう方法である。炭素や酸素の含有量の少な
い高純度のTiNが得られる。
a3)塩化物法
塩化物法は気相反応による方法であり、たとえば抵抗加
熱電気炉などを用い加熱されたフィラメントの表面上に
N2とNZもしくはN H3どともに塩化チタンのガス
状混合物を送り。
熱電気炉などを用い加熱されたフィラメントの表面上に
N2とNZもしくはN H3どともに塩化チタンのガス
状混合物を送り。
塩化物の分解と同時に窒化反応を行なわしめT f N
粉を・析出させる方法である。
粉を・析出させる方法である。
(b)TiC粉の従来の製造方法
bl)メンストラム法
抵抗加熱電気炉などを用い高温の溶融金属浴中で容器に
入れた金属と炭素を反応させて、反応時や冷却時にT
i Cなどを炭化物として析出させた後、金属浴は溶解
除去して粗粒の炭化物粉のみを得る方法である。
入れた金属と炭素を反応させて、反応時や冷却時にT
i Cなどを炭化物として析出させた後、金属浴は溶解
除去して粗粒の炭化物粉のみを得る方法である。
b2)オキサイド法
精製された酸化チタンと炭素(カーボンブラックかグラ
ファイト)の微粉末を混合し、容器に入れ1M元性ある
いは不等性雰囲気中で、誘導加熱電気炉などを用い1,
800 [”01以上の温度で固相反応させる0次に炭
素量の調整や残存酸素の除去のため二次処理として真空
炭化を行なう。
ファイト)の微粉末を混合し、容器に入れ1M元性ある
いは不等性雰囲気中で、誘導加熱電気炉などを用い1,
800 [”01以上の温度で固相反応させる0次に炭
素量の調整や残存酸素の除去のため二次処理として真空
炭化を行なう。
b3)シタル法
金属粉と炭素を加熱して直接反応させる方法である。ス
ポンジ状金属チタンを水素化チタンにし、脆くしてから
粉砕を行ない得られたTiN2粉、と炭素を混合し、容
器に入れ、抵抗加熱ti炉などを用いて加熱炭化する。
ポンジ状金属チタンを水素化チタンにし、脆くしてから
粉砕を行ない得られたTiN2粉、と炭素を混合し、容
器に入れ、抵抗加熱ti炉などを用いて加熱炭化する。
この反応は発熱績が大きく、水素の急激な放出を伴なう
ため、水素炉で炭化する。
ため、水素炉で炭化する。
[本発明の目的:解決しようとする問題点]a)TiN
を得る場合の問題点 al) T i Nを得るためにオキサイド法を用いる
ときは、窒素が十分供給されなかったり、部分的に炭素
の偏在などがあると、 r、6oo [”c1以上の高
温では、TiNよりTiCの方が安定であるためT i
Cが生成し混在−でしまう場合がある。これらの問題
の解決には酸化物粒度。
を得る場合の問題点 al) T i Nを得るためにオキサイド法を用いる
ときは、窒素が十分供給されなかったり、部分的に炭素
の偏在などがあると、 r、6oo [”c1以上の高
温では、TiNよりTiCの方が安定であるためT i
Cが生成し混在−でしまう場合がある。これらの問題
の解決には酸化物粒度。
カーボンの品種、混合方法、あるいはN2ガスとの接触
性などについて研究が進められている。しかしなお現在
生産されているT i N粉は酸11[%] 、炭素0
.5[%]程度含有しており、また反応容器や加熱壁か
らの汚染があり得るので高純度のT i N粉はこの製
法では得ることが困難であり、其のと、上記の気相反応
には数10分ない・し数時間を要し、而も得られた粉末
の粒度も不揃いである。従って、この製法ではT i
N粉を■高純度で、■粒度の揃ったものを■迅速に得る
ことは、この製造の専門家にとっても極めて困難な問題
点であるといい得る。
性などについて研究が進められている。しかしなお現在
生産されているT i N粉は酸11[%] 、炭素0
.5[%]程度含有しており、また反応容器や加熱壁か
らの汚染があり得るので高純度のT i N粉はこの製
法では得ることが困難であり、其のと、上記の気相反応
には数10分ない・し数時間を要し、而も得られた粉末
の粒度も不揃いである。従って、この製法ではT i
N粉を■高純度で、■粒度の揃ったものを■迅速に得る
ことは、この製造の専門家にとっても極めて困難な問題
点であるといい得る。
a2)次にT i Nを得るために上記のメタル法を用
いるときは、炭素や酸素の少ない製品が得られるけれど
も、前記に説明したように、一旦作製した高純度チタン
または水素化チタン粉末を、N2又はNH3気流中でs
oo[’cl以下と、 1,500 [”C]で二段
階に固−気反応を行なわなければならないから、所平時
間も数時間を要し、その上粉末粒度も不揃いであり容器
による汚染もある。従ってこの製法によっても、たとえ
得られたT i N粉が高純度のものであっても、粉末
粒度の比較的揃ったものを、迅速に得る巳とは、非常に
難しい問題点であるということができる。
いるときは、炭素や酸素の少ない製品が得られるけれど
も、前記に説明したように、一旦作製した高純度チタン
または水素化チタン粉末を、N2又はNH3気流中でs
oo[’cl以下と、 1,500 [”C]で二段
階に固−気反応を行なわなければならないから、所平時
間も数時間を要し、その上粉末粒度も不揃いであり容器
による汚染もある。従ってこの製法によっても、たとえ
得られたT i N粉が高純度のものであっても、粉末
粒度の比較的揃ったものを、迅速に得る巳とは、非常に
難しい問題点であるということができる。
a3)更にTiN粉を得るために塩化物法を用いるとき
は、塩化チタンのガス状物とN2又はNH3などのガス
を用いるので、すべてが気相反応を経由し、極く細のフ
ィラメント上にT i N粉を析出させるものであるか
ら、高純度ではあるけれども、成績はほんの僅かである
ので、量産は不(j(能に近い、従ってこの製法によっ
ても、高純度のT i Nを迅速に工業的に生産するこ
とは、矢張りこの製造の専門家にとっても極めて困難な
問題点が、現在なお存在するといえる。
は、塩化チタンのガス状物とN2又はNH3などのガス
を用いるので、すべてが気相反応を経由し、極く細のフ
ィラメント上にT i N粉を析出させるものであるか
ら、高純度ではあるけれども、成績はほんの僅かである
ので、量産は不(j(能に近い、従ってこの製法によっ
ても、高純度のT i Nを迅速に工業的に生産するこ
とは、矢張りこの製造の専門家にとっても極めて困難な
問題点が、現在なお存在するといえる。
b)Ticを得る場合の問題点
bl)メンストラム法によるときは、金属溶を用いるの
で金属の微量をTiCQ子内部に包含し更に容器による
汚染もあり、純度が低下することがある。またこの方法
によるTiCは粗粒となるため、粉末冶金用には粉砕が
必要となるので、粉砕媒体により汚染され純度が低下す
ることとある。
で金属の微量をTiCQ子内部に包含し更に容器による
汚染もあり、純度が低下することがある。またこの方法
によるTiCは粗粒となるため、粉末冶金用には粉砕が
必要となるので、粉砕媒体により汚染され純度が低下す
ることとある。
b2)オキサイド法によるTiC粉はミクロン級の微細
粉として得られるが、酸素や窒素が固溶状態で微量残存
し、また容器による汚染もあるので必ずしも高純度とは
いえない。
粉として得られるが、酸素や窒素が固溶状態で微量残存
し、また容器による汚染もあるので必ずしも高純度とは
いえない。
b3)メタル法によるT i Cは、中間原料が金属チ
タンであり、これがスポンジ状であり粉砕しにくいため
、一旦水素化チタンにしてから粉砕し、得られたTiH
2粉を炭素と混合して加熱炭化しなければならないので
、工程が二段となりコストも高くなる。その上水素の急
激、な放出を伴なうため水素炉を用いなければならない
から設備も一層#i雑である。更に粉砕した水素化チタ
ンを使用するため、粒形が不均一で粒度分布も広いとい
う問題点がある。また容器による問題もある。
タンであり、これがスポンジ状であり粉砕しにくいため
、一旦水素化チタンにしてから粉砕し、得られたTiH
2粉を炭素と混合して加熱炭化しなければならないので
、工程が二段となりコストも高くなる。その上水素の急
激、な放出を伴なうため水素炉を用いなければならない
から設備も一層#i雑である。更に粉砕した水素化チタ
ンを使用するため、粒形が不均一で粒度分布も広いとい
う問題点がある。また容器による問題もある。
以上のいずれの従来製法によっても、TiN粉もしくは
T i C粉を高純度で迅速に而も粉末粒度を均一にし
て得ることは、この製造の専門家といえども、非常に困
難な問題点であるので、これら従来技術上の諸問題点を
解決し、T i N粉もしくはT i C粉を高純度で
、かつ迅速に、而も粉末粒度を揃えて、工業的生産に適
するような製造方法を創出し、提・供することが本発明
の目的である。
T i C粉を高純度で迅速に而も粉末粒度を均一にし
て得ることは、この製造の専門家といえども、非常に困
難な問題点であるので、これら従来技術上の諸問題点を
解決し、T i N粉もしくはT i C粉を高純度で
、かつ迅速に、而も粉末粒度を揃えて、工業的生産に適
するような製造方法を創出し、提・供することが本発明
の目的である。
また前記殆んど未開発のT i NとT i Cの固溶
体もまた、硬度が非常に大であって、TiN。
体もまた、硬度が非常に大であって、TiN。
T i Cと同様に高速度工具等に使用し得る材料であ
ることが、本発明研究の過程において判明したので、該
固溶体の高純度かつ迅速製造方法をも併せて開発提°供
することも本発明の目的である。
ることが、本発明研究の過程において判明したので、該
固溶体の高純度かつ迅速製造方法をも併せて開発提°供
することも本発明の目的である。
c本発明の構を二問題点解決の手段1
本発明の窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくはそ
れら両者の固溶体の合成方法の構成の特徴は、酸化チタ
ン粉末、もしくは酸化チタン粉末中 と炭素粉末との混合粉末を、アークイメージ炉の焦点に
接する直下に配置された内部強制冷却皿上に!置し、該
粉末周囲を窒素ガス雰囲気もしくはアルゴンガス雰囲気
にし1次に、該アークイメージ炉の光熱線を該粉末に集
中照射して固−気反応もしくは固体反応を起さしめるこ
とにより、窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくは
それら両者の固溶体を直接に合成製造することである。
れら両者の固溶体の合成方法の構成の特徴は、酸化チタ
ン粉末、もしくは酸化チタン粉末中 と炭素粉末との混合粉末を、アークイメージ炉の焦点に
接する直下に配置された内部強制冷却皿上に!置し、該
粉末周囲を窒素ガス雰囲気もしくはアルゴンガス雰囲気
にし1次に、該アークイメージ炉の光熱線を該粉末に集
中照射して固−気反応もしくは固体反応を起さしめるこ
とにより、窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくは
それら両者の固溶体を直接に合成製造することである。
上記本発明の構成について説明を加える。
出発原料としての酸化チタニウム及び炭素は純度が11
19.5 [%J程度以上のものを用い、目的合成物の
組成に応じて、C/ T i O2モル比を種々に変更
させることができる。いま、前記の窒化チタンと炭化チ
タンの固溶体の組成を考えると、合成反応に際し、1モ
ルのTiに結合すべきNもしくはCは、理論上、合計し
て1モルとなるべきである。従ってその組成はT1Cx
N1−xで表わすことができ、このXは炭素のモル分率
(wafLfraction of Carbon)
テある。XはOから1(7)間で連続して変化する係数
であって、そのM線状態の両端を考えると、x=0なる
ときはC=0となり、T i Nを生じ、X=1なると
きはN=OとなりT i Cを生ずる。ただし実際上は
窒素ガス雰囲気中ではN=0は実現しないのでアルゴン
ガス雰囲気を用いるのである。
19.5 [%J程度以上のものを用い、目的合成物の
組成に応じて、C/ T i O2モル比を種々に変更
させることができる。いま、前記の窒化チタンと炭化チ
タンの固溶体の組成を考えると、合成反応に際し、1モ
ルのTiに結合すべきNもしくはCは、理論上、合計し
て1モルとなるべきである。従ってその組成はT1Cx
N1−xで表わすことができ、このXは炭素のモル分率
(wafLfraction of Carbon)
テある。XはOから1(7)間で連続して変化する係数
であって、そのM線状態の両端を考えると、x=0なる
ときはC=0となり、T i Nを生じ、X=1なると
きはN=OとなりT i Cを生ずる。ただし実際上は
窒素ガス雰囲気中ではN=0は実現しないのでアルゴン
ガス雰囲気を用いるのである。
アークイメージ炉のランプはハロゲンランプ、希ガスラ
ンプなどを用いることができるが、これらのうち望rL
<は、焦点温度がより高くなるキセノンアークランプを
使用するとよい、また被焼成物をa荷して該アークイメ
ージ炉の焦点に接する直下附近におく内部強制冷却皿は
一般には下側内部に通水した銅1を用いる。尤も冷却媒
体は水に限らず、不燃で安全な液体を用いてもよい、冷
却皿の材料も銅に限らず、貴金属類やステンレスなどを
用いることもできる。このようなアークイメージ炉は焦
点において約3,000 [”0]までの高温を瞬時に
得ることができる。
ンプなどを用いることができるが、これらのうち望rL
<は、焦点温度がより高くなるキセノンアークランプを
使用するとよい、また被焼成物をa荷して該アークイメ
ージ炉の焦点に接する直下附近におく内部強制冷却皿は
一般には下側内部に通水した銅1を用いる。尤も冷却媒
体は水に限らず、不燃で安全な液体を用いてもよい、冷
却皿の材料も銅に限らず、貴金属類やステンレスなどを
用いることもできる。このようなアークイメージ炉は焦
点において約3,000 [”0]までの高温を瞬時に
得ることができる。
[作 用]
アークイメージ炉の焦点における加熱温度は非常に高く
約2,050 [oK]と推定することができるので、
各種モル比で混合された被焼成物は、高温に瞬時に加熱
されることにより、120[秒]以内の非常な短時間で
固−気反応もしくは固相反応を完結する。而してこの合
成反応は吸熱反応である。またこの反応生成物はTiと
NとCの割合によりT1CxN1−xなる式で、固溶体
の分子構成をあられすことができ、ここにXはモル分率
であって0から1の間で連続的に変化し、その反応作用
は次記(1)式により表わし得る。
約2,050 [oK]と推定することができるので、
各種モル比で混合された被焼成物は、高温に瞬時に加熱
されることにより、120[秒]以内の非常な短時間で
固−気反応もしくは固相反応を完結する。而してこの合
成反応は吸熱反応である。またこの反応生成物はTiと
NとCの割合によりT1CxN1−xなる式で、固溶体
の分子構成をあられすことができ、ここにXはモル分率
であって0から1の間で連続的に変化し、その反応作用
は次記(1)式により表わし得る。
+TiC++M+−x+20Ot −(1)ただし
0.0≦X≦1−0
前記係数Xの連続的変化に応じて連続的に組成の変化す
る固溶体が得られ、これを組成の明確な違イニヨリ、O
<X<l 、X=O、X= 1(7)3通りにわけるこ
とができる。これら夫々の詳細については以下の実施例
により説明す小。
る固溶体が得られ、これを組成の明確な違イニヨリ、O
<X<l 、X=O、X= 1(7)3通りにわけるこ
とができる。これら夫々の詳細については以下の実施例
により説明す小。
[実施例1]:TiNとT i Cの固溶体の場合1)
使用材料はTi0z粉末(純度99.5 [%])およ
び炭素原料としてグラファイト粉末(SS、S[%T)
を用いて、めのう乳鉢中でメタノールを用い1時間湿式
混合し、 C/T i 02 (モル比)が2ないし
3.5の範囲中敷段階の割合の混合試料を調製した。こ
れらを径5[mmlφ×高さ約6[m m ]の円柱状
に成形し、アークイメージ炉中の水冷銅板上にのせた。
使用材料はTi0z粉末(純度99.5 [%])およ
び炭素原料としてグラファイト粉末(SS、S[%T)
を用いて、めのう乳鉢中でメタノールを用い1時間湿式
混合し、 C/T i 02 (モル比)が2ないし
3.5の範囲中敷段階の割合の混合試料を調製した。こ
れらを径5[mmlφ×高さ約6[m m ]の円柱状
に成形し、アークイメージ炉中の水冷銅板上にのせた。
2)使用装置は前記アークイメージ炉で、第1図はその
光学的概要説明図である。l0KWのキセノンアークラ
ンプ1が中心軸のほぼ水fに置かれた集光鏡2の焦点に
設けられ、焦光鏡からの光熱線3を開閉するシャッタ4
、と光熱線の方向を上方に変換する反射1t15と反射
された光熱線を焦点に集中させる受光#16と、焦点に
結像されたアークイメージ7のところに被焼成物を載荷
するための水冷銅板8とNZガス流入管9と焦点部より
N2ガスを捕集する合成シリカ管1GとそれよりN2ガ
! スを流出させるN2ガス流出管11等が設けられている
。
光学的概要説明図である。l0KWのキセノンアークラ
ンプ1が中心軸のほぼ水fに置かれた集光鏡2の焦点に
設けられ、焦光鏡からの光熱線3を開閉するシャッタ4
、と光熱線の方向を上方に変換する反射1t15と反射
された光熱線を焦点に集中させる受光#16と、焦点に
結像されたアークイメージ7のところに被焼成物を載荷
するための水冷銅板8とNZガス流入管9と焦点部より
N2ガスを捕集する合成シリカ管1GとそれよりN2ガ
! スを流出させるN2ガス流出管11等が設けられている
。
3)加熱条件はアークランプ出力5KWであり、このア
ークランプlから出た光熱線3は、楕円面の集光鏡2及
び平面鏡5により反射され、集光鏡6により集光され、
水冷銅板8上の焦点にアークイメージ7を結像し被焼成
物の加熱を行ない、3、Goo [”O]までの高温を
瞬時に得ることができ、前記(1,)のような反応式に
より、固−気反応が行なpれる。加熱時間は30ないし
300[秒1と、従来技術の数十分の−の時間で反応が
完結しシャッタ4を閉とすれば直ちに放冷も急速に行な
われ、加熱後すぐに被焼成物をとり出すこともできる。
ークランプlから出た光熱線3は、楕円面の集光鏡2及
び平面鏡5により反射され、集光鏡6により集光され、
水冷銅板8上の焦点にアークイメージ7を結像し被焼成
物の加熱を行ない、3、Goo [”O]までの高温を
瞬時に得ることができ、前記(1,)のような反応式に
より、固−気反応が行なpれる。加熱時間は30ないし
300[秒1と、従来技術の数十分の−の時間で反応が
完結しシャッタ4を閉とすれば直ちに放冷も急速に行な
われ、加熱後すぐに被焼成物をとり出すこともできる。
4)得られた反応生成物はX線回折測定により同定し、
格子定数を求め、またSEMにより粒子形態を観寮した
。
格子定数を求め、またSEMにより粒子形態を観寮した
。
5)OF性a察結果は次の通りであった。
生成体は圧粉状で容易にくずすことができ、凝集物は殆
んどなく、SEMによるm察結果ではその粒子サイズは
1 [um]程度に揃っており、はぼ均一であるといえ
る。上記固−気反応の所要時間を確めるため、アーク集
中照射時間を30秒。
んどなく、SEMによるm察結果ではその粒子サイズは
1 [um]程度に揃っており、はぼ均一であるといえ
る。上記固−気反応の所要時間を確めるため、アーク集
中照射時間を30秒。
120秒、 300$の三段階にしたサンプルを夫々
X線解析を行なったところ、30秒でTiCXNI−X
が十分生成し、i元および窒化あるいは炭化反応が終了
していることがわかった。第2図はアーク集中照射時間
を三段階にした場合の生成物のX線解析図であ゛るが、
格子常数は殆んど皆同じであり、30秒にもは醤反応は
完了し、 100秒のものと300秒のものが同一であ
るから少くも 120秒で完全に反応が終了しているこ
とが確認された。
X線解析を行なったところ、30秒でTiCXNI−X
が十分生成し、i元および窒化あるいは炭化反応が終了
していることがわかった。第2図はアーク集中照射時間
を三段階にした場合の生成物のX線解析図であ゛るが、
格子常数は殆んど皆同じであり、30秒にもは醤反応は
完了し、 100秒のものと300秒のものが同一であ
るから少くも 120秒で完全に反応が終了しているこ
とが確認された。
更に第3図はC/ T i O7のモル比を変化させた
場合のX線解析図であるが、これによると。
場合のX線解析図であるが、これによると。
C/ T i 02が2.5以下ではTiCXNI −
x(7)単相のみが生成しているが、C/Ti0zが2
.7以上になるとグラファイトが過剰となり残存するよ
うになる。第4図はC/Ti0zのモル比の変化による
格子常数の変化をあられす図であり、C/ T i O
2が2から2.7まで体直線的に変化している。2.7
以上になると一定になるので、第3図の結果と併せ考察
すれば、2.7以上ではグラファイトは過剰となりTi
CxN+ −Xの組成が一定となることを示していると
いえる。X線解析理論トら足枕組成の格子定数T I
N : 4.240X 。
x(7)単相のみが生成しているが、C/Ti0zが2
.7以上になるとグラファイトが過剰となり残存するよ
うになる。第4図はC/Ti0zのモル比の変化による
格子常数の変化をあられす図であり、C/ T i O
2が2から2.7まで体直線的に変化している。2.7
以上になると一定になるので、第3図の結果と併せ考察
すれば、2.7以上ではグラファイトは過剰となりTi
CxN+ −Xの組成が一定となることを示していると
いえる。X線解析理論トら足枕組成の格子定数T I
N : 4.240X 。
T ic : 4.a2yXを用いて本実施例で得られ
たTiCXNI−X(7)組成を計算すると、TiC0
,08N O,94からT i C0,88N O,3
4までの範囲で、直線的に変化していることが判明した
。
たTiCXNI−X(7)組成を計算すると、TiC0
,08N O,94からT i C0,88N O,3
4までの範囲で、直線的に変化していることが判明した
。
またこれらのTiNとT i Cの固溶体について種々
物性を調べてみたところ、TiN、TiCの単体とほぼ
同様に、高融点、高硬度のものであり、また金属的性質
も有するので、T i N同様に高速度切削工具にも、
電気材料にも使用可能で広い用途があることもわかった
。従来は、このようなTiNとT i Cの固溶体につ
いては一旦別々に製造したTiNとT i Cを再び混
合して焼成する方法によって作製されるので、研究も少
なく、用途も不明であったのであるが、本発明における
これらの固溶体の直接合成法の成功と用途の開発は従来
に比し画期的なものということができる。
物性を調べてみたところ、TiN、TiCの単体とほぼ
同様に、高融点、高硬度のものであり、また金属的性質
も有するので、T i N同様に高速度切削工具にも、
電気材料にも使用可能で広い用途があることもわかった
。従来は、このようなTiNとT i Cの固溶体につ
いては一旦別々に製造したTiNとT i Cを再び混
合して焼成する方法によって作製されるので、研究も少
なく、用途も不明であったのであるが、本発明における
これらの固溶体の直接合成法の成功と用途の開発は従来
に比し画期的なものということができる。
また上記X線解析結果を詳細検討した結果、不純物は殆
んど認められず、これら生成物であるT i NとT
L Cの固溶体は極めて高純度のものであることがわか
った。
んど認められず、これら生成物であるT i NとT
L Cの固溶体は極めて高純度のものであることがわか
った。
本実施例の効果として、上記のような強制冷却皿上で、
アークイメージ炉による急速加熱を行なえば、従来法よ
りも極めて短時間のうちにTiO2の還′元反応による
TiNとT i Cの固溶体の合成が行なわれ、生成物
の純度も高く、粉末粒度も凝集もなく、はぼ均一である
ことがわかった。
アークイメージ炉による急速加熱を行なえば、従来法よ
りも極めて短時間のうちにTiO2の還′元反応による
TiNとT i Cの固溶体の合成が行なわれ、生成物
の純度も高く、粉末粒度も凝集もなく、はぼ均一である
ことがわかった。
[実施例2]:TiNの合成の場合
l)使用材料については、次の点景外は実施例1の場合
と同様である。即ち本実施例の場合は、前掲分子式T1
CxN1−Xにおいて理論上X=Oの場合であり、生成
物中のT f C= 0の場合である。実際にはC/
T i O2モル比が1.99199程度になるように
配合した。 1 2)使用装置、3)加熱条件については実施例1と同様
である。
と同様である。即ち本実施例の場合は、前掲分子式T1
CxN1−Xにおいて理論上X=Oの場合であり、生成
物中のT f C= 0の場合である。実際にはC/
T i O2モル比が1.99199程度になるように
配合した。 1 2)使用装置、3)加熱条件については実施例1と同様
である。
4)即ちT i O2と炭素の微粉末を良く混合して窒
素気流中で1.実施例1と同様に加熱を行なわせるとほ
とんどCを含まないT i Nの単相を得ることができ
た。格子定数は第4vlJの左の縦軸上4.24のとこ
ろに一致した。
素気流中で1.実施例1と同様に加熱を行なわせるとほ
とんどCを含まないT i Nの単相を得ることができ
た。格子定数は第4vlJの左の縦軸上4.24のとこ
ろに一致した。
5)¥施例の効果は実施例1とほぼ同様であるが、前記
係数X=Oとすれば高純度の窒化チタンを本発明方法に
よれば、従来法に比し数十分の−という短時間で合成し
うることがわかった。
係数X=Oとすれば高純度の窒化チタンを本発明方法に
よれば、従来法に比し数十分の−という短時間で合成し
うることがわかった。
[実施例3]:TiCの合成の場合
り使用材料については次の点以外は実施例1同様である
。即ち本実施例では前掲分子式TiCxNI−xにおい
てX= 1とし、C/TiO2を3とした。 。
。即ち本実施例では前掲分子式TiCxNI−xにおい
てX= 1とし、C/TiO2を3とした。 。
2)使用装置、3)加熱条件についても実施例1と同様
である。ただしN=0とするため雰囲気はアルゴンガス
を用いた。
である。ただしN=0とするため雰囲気はアルゴンガス
を用いた。
4)即ち、Ti0z と炭素の微粉末を、上記モル比3
として良く混合し、アルゴンガス気流中で実施例1と同
様に加熱を行なったところ、Nを含まないT i Cの
単相を得ることができた。
として良く混合し、アルゴンガス気流中で実施例1と同
様に加熱を行なったところ、Nを含まないT i Cの
単相を得ることができた。
5)そのX線回折図は第5図に示す通りで高純度のT
i Cが同定された。第5図によれば集中加熱時間30
秒では残存グラファイトが少量認められたが、 120
秒以′上の加熱では高純度のT i Cのみが認められ
た。
i Cが同定された。第5図によれば集中加熱時間30
秒では残存グラファイトが少量認められたが、 120
秒以′上の加熱では高純度のT i Cのみが認められ
た。
6)得られたT i Cの格子定数の算出結果は第1表
の通りで、はぼ理論値1327に近い。
の通りで、はぼ理論値1327に近い。
第1表
T i Cの格子定数
7)第6図に参考までに、前記実施例1の場合との比較
における1本実施例合成物の格子常数の相対位置を・表
した。
における1本実施例合成物の格子常数の相対位置を・表
した。
2θ=60[度]付近の回折ピークが明白にαlとα2
に分裂していることから生成したT i Cが結晶性に
優れていることがわかる。
に分裂していることから生成したT i Cが結晶性に
優れていることがわかる。
8)本実施例゛の効果として、前掲分子式7 i CX
N1−πのXの連続的変化の一端であるX=tにおいて
、雰囲気をアルゴンガスとすれば、高純度のT i C
が得られることがわかった。
N1−πのXの連続的変化の一端であるX=tにおいて
、雰囲気をアルゴンガスとすれば、高純度のT i C
が得られることがわかった。
[本発明の効果]
(1)本発明の窒化チタンもしくは炭化チタンもしくは
両者の固溶体の合成方法によれば、この合成に前記各種
従来技術では数時間を要していたものが、数10秒で合
成を完了するので、合成の所要時間は従来の数十分の1
と画期的な迅速合成の効果を奏する。
両者の固溶体の合成方法によれば、この合成に前記各種
従来技術では数時間を要していたものが、数10秒で合
成を完了するので、合成の所要時間は従来の数十分の1
と画期的な迅速合成の効果を奏する。
(2)本発明の合成方法は、アークイメージ炉中の強制
冷却皿上で行なうので、皿の材料による汚染もないから
、従来のオキサイド法などとは異なり、高純度のものを
得ることができるという大きな効果がある。
冷却皿上で行なうので、皿の材料による汚染もないから
、従来のオキサイド法などとは異なり、高純度のものを
得ることができるという大きな効果がある。
(3)本発明研究によれば、従来相当に研究されてさた
T i N 、 T i Cは本発明研究が独創的新規
に行なった。これら両者の固溶体の連続的組成の両端の
特殊点と・して、これらを相対的に把握することができ
ることが現実的に確認され、同時に従来にない、これら
三態様に対する一連の合成方法が創始され、明示された
。
T i N 、 T i Cは本発明研究が独創的新規
に行なった。これら両者の固溶体の連続的組成の両端の
特殊点と・して、これらを相対的に把握することができ
ることが現実的に確認され、同時に従来にない、これら
三態様に対する一連の合成方法が創始され、明示された
。
(4)本発明による合成方法は瞬時のうちに固−気反応
により完了するので、被焼成物が溶融したり凝集したり
することが殆んどないから、従来技術のものと異なりほ
ぼ均一なサイズの微粉を得ることができ、切削工具や電
機材料具の他の材料の素材として極めて使用しやすく能
率的な製品を得ることができるという効果もある。
により完了するので、被焼成物が溶融したり凝集したり
することが殆んどないから、従来技術のものと異なりほ
ぼ均一なサイズの微粉を得ることができ、切削工具や電
機材料具の他の材料の素材として極めて使用しやすく能
率的な製品を得ることができるという効果もある。
第1図は本発明の合成方法に適用したアークイメージ炉
の光学的概要説明図、第2図はアーク集中照射時間を三
段階にした場合の生成物のX線解析図、第3図はC/
T i 02のモル比を変化させた場合のX線解析図、
第4図はC/ T i O2のモル比の変化による格子
常数の変化をあられす図。 第5図はアルゴンガス雰囲気中で合成したT i Cの
X線回折図、第6図はアルゴンガス中で合成したTiC
’の格子常数の相対位置をC/ T i 02モル比と
T i Nの格子常数図上に表わす図。 l・・・キセノンアークランプ、2・・・集光鏡。 3・・・光熱線、4・・・シャッタ、5・・・平面反射
鏡6・・・蛍光鏡、7・・・アークイメージ、8・・・
水冷銅板9・・・N2ガスもしくはアルゴンガス流入管
lO・・・合成シリカ管、 11・・・N3ガスもしく
はアルゴンガス流出管 特許出願人 吉 村 昌 仏間 上
宗 宮 重 行す 上
ウシオ電機株式会社第1図 第2図 2e(deg)CuKa 第3図 第4図 C/TiO2(mol raすIo) 第5図 第6図
の光学的概要説明図、第2図はアーク集中照射時間を三
段階にした場合の生成物のX線解析図、第3図はC/
T i 02のモル比を変化させた場合のX線解析図、
第4図はC/ T i O2のモル比の変化による格子
常数の変化をあられす図。 第5図はアルゴンガス雰囲気中で合成したT i Cの
X線回折図、第6図はアルゴンガス中で合成したTiC
’の格子常数の相対位置をC/ T i 02モル比と
T i Nの格子常数図上に表わす図。 l・・・キセノンアークランプ、2・・・集光鏡。 3・・・光熱線、4・・・シャッタ、5・・・平面反射
鏡6・・・蛍光鏡、7・・・アークイメージ、8・・・
水冷銅板9・・・N2ガスもしくはアルゴンガス流入管
lO・・・合成シリカ管、 11・・・N3ガスもしく
はアルゴンガス流出管 特許出願人 吉 村 昌 仏間 上
宗 宮 重 行す 上
ウシオ電機株式会社第1図 第2図 2e(deg)CuKa 第3図 第4図 C/TiO2(mol raすIo) 第5図 第6図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 酸化チタン粉末、もしくは酸化チタン粉末と炭素粉末と
の混合粉末を、アークイメージ炉の焦点もしくは焦点近
傍に配置された内部強制冷却皿上に載置するとともに、
該粉末周囲に窒素ガスもしくはアルゴンガスを流す工程
と、 該アークイメージ炉におけるアークからの光熱線を該粉
末に集中照射して、該粉末を迅速加熱する工程と を含むことを特徴とする窒化チタン、もしくは炭化チタ
ン、もしくはそれら両者の固溶体の合成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62110831A JPS63277506A (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくはそれら両者の固溶体の合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62110831A JPS63277506A (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくはそれら両者の固溶体の合成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS63277506A true JPS63277506A (ja) | 1988-11-15 |
Family
ID=14545769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62110831A Pending JPS63277506A (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 窒化チタン、もしくは炭化チタン、もしくはそれら両者の固溶体の合成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63277506A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002506787A (ja) * | 1998-03-16 | 2002-03-05 | エスウペ ビャンベニュ−ラコステ | 耐熱性金属の粉末状複合セラミックの合成方法 |
JP2009107909A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 微細結晶粒チタンシリコンカーバイドセラミックスの製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5787834A (en) * | 1980-11-22 | 1982-06-01 | Ushio Inc | Heating and quick cooling method in arc image furnace |
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JPS61106405A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭窒化チタン粉末の製造法 |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP62110831A patent/JPS63277506A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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