TW555610B - Phosphorus-containing iron powder and its preparation process - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 555610 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於含磷鐵粉及其製法。 某些應用，例如粉末冶金，需要具有特定機械性質的金 屬粉末。此等用途之適用的粉末爲，其機械性質，例如硬 度和脆性可以經由磷含量設定的鐵-磷合金粉末。 1934/39 第 8版 Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie，

Volume Iron，A部第2節第178 4-85頁描述製備鐵-磷合金或磷 化鐵（具有整體的鐵-磷比）的典型方法。在這些方法中，鐵_ 磷合金或磷化鐵係直接從那些元素，將藉由在鐵的存在下 將氧化磷還原或藉由將磷及鐵化合物共還原而得。 因此，磷含量高達30重量％的配製可以藉由將鐵與紅磷 在一起氮大氣之下溶融或藉由磷蒸氣斥熱鐵上作用而得。 具有超過50重量％之較高磷含量的磷化物係在飽和磷蒸 汽裡加熱低分子量鱗化物而形成。 鐵·嶙合金也可以藉由將鐵構成物（turnings)及P2〇5加碳粉 或不加碳粉的混合物熔融。鐵-磷合金和磷化鐵也利用氫或 碳還原Fe3P〇4*利用碳還原磷酸鈣和Fe2〇3的混合物而形 成。 所提到的方法通常需要高溫。爲了要使鐵與磷反應，前 者必須加熱到至少斥熱。此外，利用還原所得的鐵-磷合金 具有高含量的二級成份。 在電爐裡利用還原含磷酸鹽之鐵礦石製造磷的方法係產 生磷鐵的合金，其中包括含有20到27重量❶/〇磷的磷鐵作爲 副產物。存在於磷鐵裡的二級成份是1—9%矽和進一步包括 例如鈦，釩，鉻和錳等金屬。 4- 本纸張尺度適财關家縣（CNS ) M規格（2iQx297公楚） '" 一" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -,i衣· 、11 555610 A7

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 上述方法所製得的鐵-磷合金不是適用於需要具有預定磷 含量和< 50微米粒子大小之高純度鐵粉的用途。 本發明之目的係提供一種製備具有寬廣範圍之磷含量及 具有儘可能低之一級成分比例的含磷鐵粉的方法。 傾發現該目的係藉由從已知製備含磷鐵粉的方法_其中將 金屬鐵與元素態磷一起加熱，並將所得的產物粉碎以得到 粉末_及根據本發明，使用細微分之羰基鐵形式的金屬鐵。 爲了本發明之目的，細微分之羰基鐵是羰基鐵粉及/或羰 基鐵鬚晶。 羰基鐵粉和羰基鐵鬚晶可以根據已知的方法利用在氣體 相裡熱分解五窥基鐵而得，如Ullmann氏化學工業全書第5 版第A 14册第599頁或在DE 3 428 121或DE 3 940 347所 述，而且由特別純的金屬鐵所組成。高純度粉末或鬚晶係 由高純度五羰基鐵所得。粉末或鬚晶係根據因分解條件 (壓力，溫度）而形成。 羰基鐵粉是一種灰色，微細分之具有低二級成份含量及 基本上由平均粒徑高達10微米之圓粒所組成的金屬鐵粉 末。 在本發明的方法裡，可以利用機械性硬，未經還原之羰 基鐵粉或機械性軟，經還原的羰基鐵粉。 較佳用於本發明方法裡的未還原羰基鐵粉具有鐵含量> 97重量％，碳含量< 1 〇重量％，氮含量<]L 〇重量％和氧含 量<0·5重量❶/❶。粉末粒子的平均粒徑較佳爲1到10微米， 特別地較佳爲1.5到5.0微米，而其表面積比（BET)較佳爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 〇 X 297公釐） — 裝-- , ·-.·、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、11

555610 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) ~ -— 0.2到2·5平方公尺/克。 較佳用於本發明方法裡的經還原羰基鐵粉具有鐵含量> 99.5重量％，碳含量<〇〇6重量％,氮含量〈〇 ]重量％和氧 含量<〇.4重量0/〇。粉末粒子的平均粒徑較佳爲1 - 8微米， 特別地較佳爲4·〇 _ 8 〇微米。粉末粒子的表面積比較佳爲 0.2到2.5平方公尺/克。 羰基鐵鬚晶是非常精細的多晶性鐵線。較佳用於本發明 方法裡的羰基鐵鬚晶係球徑〇1 _丨微米之球粒的線狀排列 所組成，鐵線能夠具有不同的長度及能夠形成纏結或打 結，並具有鐵含量> 83.0重量❽/〇，碳含量< 8·〇重量％，氮 含量<4.0重量。/❶和氧含量<7 〇重量％。 較佳用於本發明方法裡的羰基鐵粉和鬚晶具有非常低的 採關金屬含量-低通常低於原子吸收分析之可測得限度以下 -並且是從非常純之起始化合物五羰基鐵製備的結果。羰基 鐵粉包含’尤其包含，下列比例的其它無關元素：鎳< 100 ppm，鉻 < 150 ppm，銷 < 2〇 ppm，绅 < 2ppm，錯 < 10 ppm ’ 鎮 < 1 ppm ’銅 < 5 ，镇 < 1〇 ppm，汞 < 1 ppm， 石〇> < 10 ppm，碎 < 1〇 ppm和鋅 < 1〇 ppm。 較佳用於本發明方法裡的是羰基鐵粉。 元素怨磷可以以所有已知的改良形式使用，如白色，紅 色’和黑色或紫色磷。在本發明的方法裡 '較佳使用紅 磷。用於本發明方法裡的紅磷可以額外地包含，特別包含 水當做二級成份。 反應係在室溫下進行。舉例來説，所用的反應容器可以 -6- 本紙張尺賴财eNS : ^-- . -Γ、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 555610 A7 _____B7 五、發明説明（5 ) 特別較佳爲低於0.5重量％。 存在於粉末裡之其它無關元素的數量較佳低於上述羰基 鐵粉之限度。 此外，含磷鐵粉可以根據已知的方法在氫氣物流裡加熱 的方式而幾乎免除碳，氧和氮，如Ullmann氏化學工業全書 第5版第A 14册第599頁所述。這樣，碳含量可以減少到 0.1重量％以下而氮含量可以減少到〇 〇1重量％以下。 另一的優點是反應溫度低’其或許有助於所用之細微分 的羰基鐵粉及鬚晶表面積比大。 然後以機械粉碎，例如研磨所得的產物而得到粉末。 本發明之含磷粉的機械性質特別地以其磷含量測定之。 粉末因此特別地有利於用在需要例如機械硬度或脆性等特 定機械性質裡的用途方面。 本發明含磷鐵粉的較佳應用是在粉末冶金的領域裡。粉 末冶金是一種材料製造和處理的特殊領域，其中將粉狀金 屬材料壓製及/或燒結以形成成型物體。較佳的應用是，例 如鋼模壓製和金屬射出成型。 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的含磷鐵粉可以獨自地使用或與其他金屬粉末， 例如鎳，鈷或青銅混合使用以產生鐵合金。 根據上述的方法，本發明之細微分的含磷鐵粉也可以用 於例如包埋工業鑽石的切割和研磨工具而且也用於製造金 屬陶瓷，一般所知的陶金體。 本發明係下列實施例舉例説明。 -8- 本^國國家標準（CNS)从祕（21GX297公着 ~- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 555610 A7 ~ — ——-—-__________B7 ___ 五、發明説明（6 ) 實施例1 在石英玻璃所製成的旋轉管裡倒入已經預先混合均勻的 45.0克（0.806莫耳）平均粒徑大約3微米之機械性硬的羰 基鐵粉HS 5103 (德國路易斯罕BASF公司製造）和5.0克 (0· 161莫耳）紅磷（德國Merck parmstadt)。將裝置先以N2清 淨’然後在N2通過其中之下於530。〇加熱大約χ小時。 在實驗期間，將氮氣物流（10升/小時）通過管。經由熱電 偶測量溫度’其中一個熱電偶指示火爐的溫度而直接伸入 粉末内的第二個熱電偶指示反應混合物的溫度。 放熱反應在大約4 5 0 C時開始，其顯示反應混合物溫度 在幾分鐘之内上升到大約550X：。鐵-磷合金然後完全地形 成，其顯示溫度下降。然後將粉末冷卻到室溫。將48.2克 灰色成塊的粉末從管中取出，並將產物在空氣中壓碎。其 具有下列元素的組成物：

Fe 85·0 ; P 8.1 ; C 0·5 ; Ο 7.0 ; Η <0.5 ; N 0.24。 實施例2 重複實施例1所述的製法，但是使用36.0克（0.645莫耳） 平均粒徑大約3微米之機械性軟的羰基鐵粉SM 6256 (德國 路易斯罕BASF公司製造）和4.0克（0.129莫耳）紅磷（德國 Merck Darmstadt)。這得到40.1克灰色成塊的產物，其具有 下列元素的組成物：

Fe 88.3 ; P 7.9 ; C < 〇·5 ; 〇 3.6 ; Η < 0·5 ; N 0.24。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 、. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袭· 、1Τ 555610 A7 ____B7 _ 五、發明説明（7 )

實施例S 90公斤平均粒徑大約3微米之機械性硬的羰基鐵粉及1〇 公斤紅嶙（Hoechst - Knapsack)徹底地混合。將混合物放置 在金屬板上並置入以氮使其成惰性環境的火爐内，在大約 420°C加熱超過2個小時。在大約420°C開始反應，使得混 合物進一步地受熱。將加熱動作停止，使產物冷卻到室溫 並取出些微地成塊灰色的粉末。將該粉末在壓榨機使用鋼 研磨介質粉碎到平均粒徑大約5微米。 產物具有下列元素的組成物： 、Fe 89·1 ; P 9.8 ; C 0·59 ; N 0.04 〇 依實施例1-3所描述之方式製得的鐵粉，根據X光粉末 衍射計測量的結果，包括不同化學計量的鐵和磷化鐵 (FeP，Fe2P 和 Fe3?)。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 公告本 一申π請咐:期一 .........................3- 87.2.11. 案 號 087101857 類 別 mv) (以上各欄由本局填註） 發明 修正 m A4 C4 中文說明書替換頁（91年12月） 為g專利説明書 555610 發明乞後 新型石梆 中 英 文 含磷鐵粉與其製備方法 文

PHOSPHORUS-CONTAINING IRON POWDER AND ITS PREPARATION PROCESS 姓 名 國 籍 1. 瑞何德史考卓 2. 蓋伯利富利瑞柯 3. 波恩德路尼 均德國 一、發明 -創作 人 住、居所 1. 德國賀伯奇市塞默衛格91號 2. 德國來恩河勞域沙芬市河貝尼斯街2 0號 3. 德國富蘭克索市泰樂斯街17號 裝 訂 姓 名 (名稱） 國 籍 三、申請人 住、居所 (事務所) 代表人 姓 名 德商巴地斯顏料化工廠 德國 德國來恩河勞域沙芬市 安德瑞斯·拜伯拜奇 維拉·史塔克 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7 B7 補充 555610 ^ 第087101857號專利申請案 中文說明書替換頁(91年12月） 五、發明説明（4 是用例如石英等耐熱物質所製成的可加熱管。將羰基 鐵粉或鬚晶及元素態磷是徹底地混合，並將羰基鐵粉 或鬚晶和元素態磷的反應混合物在反應容器裡加熱直 到放熱反應開始。在反應已經開始之後，溫度可能由 於反應熱之故而更加升高。反應較佳在 3 0 0 °C以 上，特別地較佳在3 8 0 °C到 5 5 0 °C的溫度下進行。 反應較佳在幾乎排除氧氣之下進行。這可以藉由例 如在惰性氣體大氣裡進行反應而達成。反應較佳在氮 的惰性氣體大氣中進行，而且較佳在大氣壓下進行。 本發明方法的優點之一為粉末的鐵/磷比可以视起 始組成物的選擇而改變。 羰基鐵粉末及磷較佳以9 9 · 9 : 〇 · 1到3 0 : 7 0，特別地較 佳以9 9 : 1到 7 0 ·· 3 0的質量比進行反應。 因出發組成物的選擇而定，所得含磷鐵粉中的磷含 量可以是0 · 1到 8 0重量％。較佳為大約 〇 . 5到 2 〇 重量％，特別地較佳為大約 1到 1 0重量％。 本發明方法之另一優點為，由於起始材料的純度之 故’所得之粉末裡二級成份的含量低。元素 Ni， Cr，Mo，Pb，Cd，Cu，Mn，Hg,S，Si*Zn 存在 於本發明含磷鐵粉裡的數量在使用高純度磷時基本上 係以存在於所用之羰基鐵粉裡的這些元素數量本質上 為限。這些元素的總數量可低於〇 · 0 3 5重量％。粉末 的碳含量較佳為低於5重量％，特別較佳低於1重量 % °粉末的氮含量較佳為低於5重量％，特別較佳為低 於1重量％ ’而粉末的氫含量較佳為低於1重量％ ,

裝 訂

線

Claims (1)

1. 555610 第087101857號專利申請案 中文申凊專利範圍替換本(92年3月) 六、申請專利範圍 •一種製備含磷鐵粉的方法，其係由脾金 素悲嶙混合及加熱，並粉碎所得產物二屬鐵與元 其中金屬鐵係呈微細分之談基鐵形式】粉束， 法係在3 00。(：至5 50 °C的溫度及惰性^髀，，讀方 行，其中微細分羰基鐵及元素態,=氣氣下進 85·· 15的質量比進行加熱。 ’、以99: I到 2·根據申請專利範圍第1項之方法，其 係呈紅磷形式使用。 元紊態臂 3 ·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中 細分羰基鐵為具有下列特徵的羰基鐵粉所用的微 碳含量低於1重量％， 77 氮含量低於1重量％， 氧含量低於0.5重量0/〇 , 其它無關元素的總含量低於〇丨重量。/。。 4.根據申請專利範圍第3項之方法，其中所用的微 細分羰基鐵為具有下列特徵的羰基鐵粉： 碳含量低於0 · 0 6重量％ , 氮含量低於0. 1重量％ , 氧含量低於0.4重量％， 其它典關元素的總含量低於〇 1重賞A 5 . —種含磷鐵粉，其具有下列特徵： 璘含量為0.1至1 5重量％， 碳含量低於1重量％， 氮含量低於1重量％， 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 555610 8 8 8 8 A B c D 々、申請專利範圍 氫含量低於0.5重量％， 其它除了氧以外之無關元素的總含量低於0. 1 重量％， 平均粒徑< 1 0微米， 其可藉由根據申請專利範圍第1 -4項中任一項 之方法製備。 6.根據申請專利範圍第5項之含磷鐵粉，其具有下 列特徵 碳含量低於〇 . 0 6重量％， 氮含量低於〇. 1重量％， 氫含量低於0.4重量％。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)