JPH06184660A - Ｔｉ３ Ａｌの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａ
ｌ）の金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌをマグネシウムを還元剤
として所定の組成で高純度のＴｉ₃ Ａｌを少ないエネル
ギーで量産する製造法を提供することを目的とするもの
である。 【構成】 酸化物である二酸化チタンと酸化アルミニウ
ムをＴｉとＡｌの組成が金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの組成
になるようＴｉ：Ａｌ≧75：25に配合し混合することに
よりチタンとアルミニウムの原子を可能な限り微細かつ
均一に配合させた酸化物混合体を作る第１工程と、この
酸化物混合体に750 ℃〜1200℃の温度範囲の高温下でマ
グネシウム（Ｍｇ）を作用させて還元する第２工程と、
合成された金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌから、副成するＭｇ
Ｏを、水、または酸性水溶液等の溶媒で溶解除去し、金
属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌのみを純粋に取り出す第３工程と
より成ることを特徴とするＴｉ₃ Ａｌの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はチタン（Ｔｉ）とアルミ
ニウム（Ａｌ）の金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌをマグネシウ
ムを還元剤として所定の組成で高純度で少ないエネルギ
ーで量産する製造法に関するものである。

【０００２】本発明の方法によって製造される多量の高
純度のＴｉ₃ Ａｌを使用することにより、金属間化合物
Ｔｉ₃ Ａｌの微粉体、大型焼結体の形成が可能となっ
て、新材料技術の進展に寄与し得る。これらの成形体は
軽量で高強度であり耐熱性を兼ね備えているために、こ
れらを素材として各種機器に組み込まれ、例えば、航空
機や宇宙関連機器、深海艇などの海洋関連機器や磁気浮
上列車などの交通関連機器などを構成する機械構造材
料、ジェットエンジン又は自動車用エンジン或いは発電
機用タービン等に使われるタービンブレード等の高温利
用動力発生装置等、各種の応用分野に使用されることが
期待されている。

【０００３】

【従来の技術】優れた耐熱性、耐食性、および機械的強
度を有するチタン基の金属間化合物は軽量であるため、
航空機、宇宙船、深海艇などに必要な次世代の高機能材
料として期待されている。とりわけ、チタン（Ｔｉ）と
アルミニウム（Ａｌ）の合金であるＴｉ₃ Ａｌ，ＴｉＡ
ｌ，ＴｉＡｌ₃ は、チタンとアルミニウム原子が強固に
結合した比重の小さい高強度の金属間化合物であるた
め、チタン基の金属間化合物の中でも最も大きな期待が
寄せられている。

【０００４】上記の３つの金属間化合物を含むチタンと
アルミニウムの合金状態図を図１に示した。これによ
り、ＴｉＡｌ（図中１の領域）及びＴｉＡｌ₃ （図中２
の領域）はＴｉ−Ａｌの合金液体３の領域から直接形成
することが出来る。すなわち、これら２つの化合物は一
般的な合金の製造方法である (1)純金属の製造と(2)溶
解混合・凝固との２つの方法の組合せからなる製造方法
を適用できる。一方、チタン75モル％、アルミニウム25
モル％の組成の液体からは高温相のβ−Ｔｉ（図中５の
領域）が形成するため、Ｔｉ₃ Ａｌ（図中４の領域）は
以上の方法では製造できなかった。

【０００５】従って金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの製造方法
は、もう一つの一般的な金属間化合物の製造方法であ
る、金属粉末の焼結による方法も適用されている。これ
は金属チタンとアルミニウムの微細な粉末をチタン75モ
ル％、アルミニウム25モル％の組成になるように混合・
加圧成形し、1500Ｋ（1227℃）以下の温度で加熱して反
応させるものである。この方法では焼結反応速度が遅
く、Ｔｉ粒子の表面に薄い膜としてＴｉＡｌやＴｉＡｌ
₃ が形成され易く、均質なＴｉ₃ Ａｌを純粋な単体とし
て取り出すことは困難である。

【０００６】よって、従来のＴｉ₃ Ａｌの製造方法は、
先述の (1)と (2)からなる一般的な方法に均質化処理を
加えた複合工程からなるのが一般的である。図２にその
工程全体の概略図を示した。これを工程順に説明すると
次の通りである。まず第１工程は、鉱石中に酸化物、す
なわち二酸化チタンおよび酸化アルミニウムの形態で存
在するチタンとアルミニウムとを純粋な酸化物の形態で
取り出し、それぞれの製錬工程を経て金属チタン及び金
属アルミニウムを得る工程である。この製錬工程はすで
に確立された産業技術を用いている。第２工程は、チタ
ンとアルミニウム金属を目標のチタン75％、アルミニウ
ム25％の組成になるよう溶解し、混合させる工程であ
る。この方法で得た合金液体を凝固させ、高温相のβ−
Ｔｉを形成させる。第３工程は、図１に示したＴｉ₃ Ａ
ｌが安定に存在する温度範囲（図中４の領域）、すなわ
ち約1500Ｋ（1227℃）以下の温度に充分長い時間保持す
ることによって高温相のβ−Ｔｉを分解させ、チタンと
アルミニウムの原子の拡散混合を待ち、均一なＴｉ₃ Ａ
ｌを合成させる工程である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の方法では、以下
に列記するいくつかの問題点が存在していた。 (1) チタン鉱石中に存在する不純物であるアルミニウム
及びアルミニウム鉱石中に存在する不純物チタンを製錬
工程で除去した後、改めてチタンとアルミニウムの両者
を混合するという非経済的な工程となる。

【０００８】(2) 金属チタンと金属アルミニウムの融点
はそれぞれ1943Ｋ（1670℃）及び933Ｋ（660 ℃）であ
って極端に大きな差があり、両者を融解させるには高度
の技術が必要である。さらに、活性な金属であるチタン
とアルミニウムを混合するために、両者を2000Ｋ（1727
℃）近い高温で、かつ真空中あるいは不活性ガス中で加
熱する技術が必要である。またこの時、アルミニウムの
蒸気圧がチタンに比べ非常に大きくなり、アルミニウム
が合金液体から蒸発するために、所定の組成のＴｉ₃ Ａ
ｌを均一に多量に得ることは難しい。

【０００９】(3) チタン75％、アルミニウム25％の組成
では、高温でβ−Ｔｉが熱力学的に安定であるため、図
１で領域４で示される低温のＴｉ₃ Ａｌ安定温度範囲で
熱処理を行っても、完全には相変態が完了せず、不純物
として未反応のβ−Ｔｉが混入しやすい。さらに、金属
間化合物の結晶格子内部での原子の配列が乱れたりする
ために、得られた金属間化合物の特性は理論上予測され
ているものには及ばなかった。

【００１０】(4) 従来の製造方法では、３つのプロセス
が別個に行われるために、チタンとアルミニウムの製
造、合金液体の製造、及び高温相のβ−Ｔｉの分解に要
する熱処理等にそれぞれ大きな熱エネルギーと時間と費
用とを要し、結果として高価な製造方法となっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決することにより、高強度でかつ耐熱性・耐食性が
あり軽量であることから次世代材料として期待されてい
るチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の金属間化合
物Ｔｉ₃ Ａｌを任意の組成で高純度にしかも少ないエネ
ルギーで製造する量産型製造方法を開発しようとしたも
のである。

【００１２】本発明は、酸化物である二酸化チタンと酸
化アルミニウムをＴｉとＡｌの組成が金属間化合物Ｔｉ
₃ Ａｌの組成になるように配合し混合することによりチ
タンとアルミニウムの原子を可能な限り微細かつ均一に
配合させた酸化物混合体を作る第１工程と、この酸化物
混合体に750 ℃〜1200℃の温度範囲の高温下でマグネシ
ウム（Ｍｇ）を作用させて還元する第２工程と、合成さ
れた金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌから、副成するＭｇＯを、
水、または酸性水溶液、塩化アンモニム水溶液等の溶媒
で溶解除去し、金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌのみを純粋に取
り出す第３工程とより成ることを特徴とするＴｉ₃ Ａｌ
の製造方法にある。

【００１３】本発明の他の目的とする所は、前記酸化物
の混合体を造る第１工程は所定配合の二酸化チタンと酸
化アルミニウムを機械的に混ぜ合せる乾式混合によるＴ
ｉ₃Ａｌの製造方法を提供するにある。

【００１４】本発明の他の目的とする所は、前記酸化物
混合体を造る第１工程は、所定配合の四塩化チタンと塩
化アルミニウムとを燐酸性水溶液に混合、溶解させ、次
にアンモニア水で中和し、得られたコロイド状の白色沈
殿を乾燥、脱水し酸化物混合体を得る湿式混合によるＴ
ｉ₃ Ａｌの製造方法を提供するにある。

【００１５】本発明の他の目的とする所は、前記酸化物
混合体を造る第１工程は、所定配合の二酸化チタンと酸
化アルミニウムとの混合物を高温に加熱し溶解混合し、
冷却して、酸化物混合体を得るＴｉ₃ Ａｌの製造方法を
提供するにある。

【００１６】

【作用】本発明は金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの製造方法と
して、（Ａ）ＴｉとＡｌ原子の微細混合、（Ｂ）Ｔｉと
Ａｌ原子の相互拡散の促進、及び（Ｃ）Ｔｉ₃ Ａｌ結晶
の均一化、（Ｄ）不純物除去などの相乗効果の結果とし
て、Ｔｉ₃ Ａｌの合成が可能になるとの知見を得、鋭意
研究の結果、大略以下のような３つの工程の組合せに基
づく製造方法を発明するに至った。

【００１７】第１工程 酸化物である二酸化チタンと
酸化アルミニウムとを配合し、混合することによりチタ
ンとアルミニウムの原子を可能な限り微細かつ均一に配
合させた酸化物混合体を作る。

【００１８】第２工程 この酸化物混合体に750 ℃〜
1200℃の温度範囲の高温下でマグネシウム（Ｍｇ) を作
用させて還元する工程であり、この還元の過程におい
て、チタン及びアルミニウム原子と結合している酸素
を、Ｍｇによって切り放すと同時に、ＴｉとＡｌの結合
を促進させる工程である。この結果、粉末状の金属間化
合物Ｔｉ₃ Ａｌが酸化マグネシウム（ＭｇＯ) とともに
合成される。

【００１９】第３工程 合成された金属間化合物Ｔｉ
₃ Ａｌから、副成するＭｇＯを溶解除去し、金属間化合
物Ｔｉ₃ Ａｌのみを純粋に取り出す工程である。

【００２０】

【実施例】本発明の方法につき、以下にその具体的実施
例に基づいて説明する。 (1) 本発明のＴｉ₃ Ａｌの製造方法は、鉱石から種々の
方法で抽出された二酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）と酸化アル
ミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を出発原料にする。これらをＴ
ｉ／Ａｌのモル比が３／１になるように秤量し混合す
る。この混合比は最終的に得られる金属間化合物の組成
で定める。Ｔｉ₃ Ａｌの非化学量論組成範囲に応じて、
Ａｌの組成を13原子％から49原子％まで変化させること
が本発明では可能である。ただし純粋な金属間化合物Ｔ
ｉ₃ Ａｌを得るためには、ＴｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ に含ま
れるＴｉとＡｌの組成はＡｌの組成で22原子％から37原
子％までの範囲とすることがよい。以下に示す実施例は
Ａｌの組成が25原子％の場合である。

【００２１】図３（Ａ）に示すように、一般に乳鉢やボ
ールミル等で十分に機械的に混ぜ合わせて乾式混合し、
酸化物混合体（Ｉ）を得るが、この方法では１μｍ（ミ
クロン）以下のものが得られる。これに対し図３（Ｂ）
に示すように、ＴｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ とをＡｌ₂ Ｏ₃ の
融点である1994〜2072℃以上に加熱して酸化物混合液体
にした後、冷却することによっても均一に混合した酸化
物混合体(II)を得ることができる。この場合には冷却後
の酸化物(II)は粉末Ｘ線回折測定の結果、ＴｉＯ₂ と複
合酸化物である10ミクロン以下のβ−ＴｉＯ₂ ・Ａｌ₂
Ｏ₃ との混合物であった。

【００２２】また図３（Ｃ）に示すように、水溶液を利
用することもできる。この場合は出発物質として鉱石か
ら金属チタンを製造する工程で中間生成物として形成さ
れる四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄ ）を用い、これと塩化ア
ルミニウム（ＡｌＣｌ₃ ）とを塩酸酸性水溶液にＴｉ／
Ａｌのモル比が３／１になるように秤量し、冷却しなが
ら混合・溶解させる。この水溶液をアンモニア水に滴下
し、中和反応によりコロイド状の白色沈殿を得る。この
時、中和水溶液の pＨを４〜９程度に制御して水溶液中
のアルミニウムのイオンが再溶解しないようにする。得
られた白色の析出物を約80℃で乾燥・脱水して酸化物混
合体(III) とする。これは分析の結果、0.5 ミクロン以
下の酸化チタン・水酸化チタン・酸化アルミニウム・水
酸化アルミニウムの混合物が得られ、これは非晶質体で
あった。

【００２３】本発明では、図３（Ｄ）に示す次の方法も
可能であった。ＴｉＯ₂ と硫酸アルミニウム（Ａｌ
₂ （ＳＯ₄ ）₃ ）とをＴｉ／Ａｌのモル比が３／１にな
るように秤量し、ＴｉＯ₂ は硫酸アンモニウムを加えた
熱濃硫酸に溶解し、Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）₃ は温水に溶解し
た後、それぞれ氷冷した。液温が50℃以上にならないよ
うに注意し、氷冷しながら両水溶液を混合し、これにア
ンモニア水を注いで中和しゲル状の白色沈殿物を得た。
この水酸化物沈殿を純水で十分洗浄した後、約80℃で乾
燥・脱水することによっても白色粉末(IV)を得た。これ
は粉末Ｘ線回折測定の結果、非晶質体であり、エネルギ
ー分散型Ｘ線分光装置を付属した走査型電子顕微鏡（Ｘ
線マイクロアナリシス、ＸＭＡ）では、装置の分解能の
約0.5 〜0.1 μm 以下で、ＴｉとＡｌの原子が均一に分
散していることがわかった。

【００２４】この白色粉末(IV)をさらにアルミナボート
にのせ、大気中900 ℃で数時間焼成することで酸化物混
合体（Ｖ）を得た。この操作は白色粉末(IV)に含まれる
微量の硫酸イオンを除去するためのものである。複合酸
化物（Ｖ）は粉末Ｘ線回折測定ではα−Ａｌ₂ Ｏ₃ とル
チル相になっていた。ＸＭＡ分析の結果、イオウ分は検
出されず、またＴｉとＡｌの原子が均一に３対１の比で
分散していることがわかった。

【００２５】以上に説明した、（Ｉ）〜（Ｖ）の５種類
の酸化物混合体を製造する方法の概略を図３（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）にまとめて示した。（Ｉ）〜
（Ｖ）の５種類の酸化物混合体を準備して以下に説明す
る工程の試験を行ったところ、ＴｉとＡｌの微細混合と
いう点で相違は生ぜず、本発明で得られるＴｉ₃ Ａｌの
製造にはなんら相違はないという結果が得られた。ただ
し、(IV)に含まれる微量の硫酸イオンに由来するイオウ
は、最終的に製造される金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌに移行
し、高純度Ｔｉ₃ Ａｌの製造という観点からは望ましい
酸化物混合体ではなかった。従って、最も簡便な操作で
熱エネルギーも他の試薬も不要で混合できる（Ｉ）の酸
化物混合体を以下の工程に用いるのが経済上望ましいも
のと判断される。

【００２６】(2) 上記の酸化物混合体を750 ℃〜1200℃
の温度範囲の高温下でマグネシウム（Ｍｇ）を作用させ
て還元する。この還元の過程における反応装置の実施の
一例を図４に示した。

【００２７】図４に示すように、酸化物混合体７をその
約1.0 ｇをモリブデン製受け皿８に乗せ、あらかじめ底
にマグネシウム（Ｍｇ）粒９を敷き詰めたステンレス製
の薄い底板10の上に、Ｍｇと直接接触しないように台11
で隔離して設置した。酸化物混合体１はステンレス製容
器12とも接触しないようにモリブデン製隔壁13により隔
離されている。これらは容器12と底板14を施してアルミ
ナ製反応管15内に収めた。次に、反応管15内の空気をア
ルゴンガス16で置換後、加熱し、これを750 ℃〜1200℃
の温度範囲で、１時間ないし72時間程度保持した後、冷
却した。

【００２８】ここで還元剤としてＭｇを用いたのは、特
に酸素と強い親和力を持つＴｉ及びＡｌを還元するため
である。また空気を排気するのは、空気中の酸素及び試
料中の水分による還元剤の消耗を防止するためと、窒素
によるチタン窒化物の形成を防止するためである。

【００２９】上記の操作によって起こる密閉されたステ
ンレス製容器内の化学反応は以下のようである。すなわ
ち、750 ℃〜1200℃の下ではＭｇは液体となって蒸気を
発生し、容器内にその飽和蒸気が充満する。このＭｇ蒸
気は、ＴｉＯ₂ ＋Ａｌ₂ Ｏ₃の混合粉体に作用してＴｉ
−Ａｌ合金にまで還元し、自らは酸化マグネシウム（Ｍ
ｇＯ）の固体に変化して合金粒子の周囲に堆積する。

【数１】６ＴｉＯ₂ ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＋15Ｍｇ(gas) ＝ 〔６Ｔｉ・２Ａｌ〕＋15ＭｇＯ ---- (1) 上記の化学反応式における合金（〔６Ｔｉ・２Ａｌ〕）
は、粉末Ｘ線回折測定の解析結果によれば、Ｔｉ₃ Ａｌ
の形の化合物である。すなわち、上記の還元反応と同時
に次式で示される化合物の形成反応が進行している。

【数２】〔６Ｔｉ・２Ａｌ〕＝２Ｔｉ₃ Ａｌ ---- (2) 以上、説明した反応はＭｇの蒸気を利用したものであ
る。本発明による化学反応は、Ｍｇの気体状態を用いず
に、Ｍｇの固体状態あるいは液体状態を用いてもよい。

【００３０】以下にこの考え方に基づく実施例を示す。
また、還元反応を完全に実施させるためには、還元剤と
酸化物混合物を内蔵する反応容器の密閉性を高めること
が必要かつ重要であり、特に留意する必要がある。

【００３１】密閉するためには空気を排気した後、ステ
ンレス容器を溶接などの接合の方法によって外気と遮断
する方法が一般的であり、本発明に対してもこの方法を
用いることができる。しかしながら、この方法では還元
反応終了後に容器内部の試料などを取り出すためには容
器を破壊しなくてはならない。従って、ステンレス容器
の再利用を目的として、本発明では、図４及び図５に示
した装置を開発し使用したものである。たとえば図４で
示した方法では、容器12とステンレス製の薄い底板10を
挟むように上板21と底板14をボルト22で上下から圧着す
ることによって、還元剤の流出と外部からの酸素ガス等
の流入を防いでいる。還元反応終了後にはボルトを緩め
ることによって簡単に容器内の試料などを回収できる仕
組みとなっている。

【００３２】図５に示したのは、図４に示した還元容器
に相当する部分の概略図であり、これらの還元容器は、
図４に示したアルミナ反応管15の内部に組み込まれ、さ
きに説明したように加熱されるものである。

【００３３】図５（ａ）はコップ状のステンレス容器12
の開口部を上に向けて設置したものである。その他の配
置は図４に示したと同じである。この設置方法は設置方
法が簡便であるが、図４で説明した方法及び以下に説明
する方法に比べて反応容器内部の還元剤が漏れ易い欠点
があった。

【００３４】図５（ｂ）はＭｇの液体状態を利用して酸
化物混合体７の還元を行うための方法を示したものであ
る。塊状のＭｇ９をモリブデン製の隔壁筒13の中に酸化
物混合体７と共に入れて直接接触させる。塊状のＭｇは
反応温度では溶解して液体となる。なお、コップ状のス
テンレス容器12は開口部を下に向けて設置され、薄いス
テンレス製底板10はステンレス製上板21及び底板14と共
にボルト22によって挟み込まれる。薄いステンレス製底
板10の上には還元剤と同質のＭｇ粒９を置く。これは還
元温度では液体となってステンレス製の底板10とコップ
状ステンレス容器12の空隙を埋め、シール剤の役割を果
たす。

【００３５】横型の電気炉を使用して多量にＴｉ₃ Ａｌ
を得る他の実施例を図６に示す。酸化物混合体24は電気
炉25の中心部分にある均熱帯にあり、ステンレス製パイ
プ26の内壁に接しないようにモリブデン製の受け皿27の
内部に装填される。マグネシウムの蒸気で還元する場
合、酸化物混合体24の下部28に化学量論的に還元に必要
な量の３倍の固形のマグネシウムＭｇを設置した。モリ
ブデン製の筒の両側にはステンレス棒29がおいてあり、
ステンレスパイプ26との空隙は僅かしかないようにステ
ンレス棒29の外径が調節してある。パイプ26の内部を真
空に排気した後コック30を閉じ、電気炉25を所定の還元
温度まで加熱する。均熱帯状部分の温度を還元に必要な
所定の温度に保ったとき、マグネシウム蒸気は酸化物混
合体24に作用して酸化物を還元する。この反応と同時
に、マグネシウム蒸気は低温部分へと向ってステンレス
製パイプ26の内壁とステンレス棒29の空隙を流れるが、
融点以下の温度のシール部分31でマグネシウム蒸気は固
体となり、この空隙を塞ぐ。このように過剰に存在する
マグネシウムのうち還元に寄与しないマグネシウムは、
それ自身シール材として働くことになる。所定時間保持
の後、電気炉25を冷却し、ステンレス製パイプ26を切断
して管内の試料を取り出す。なお、この方法ではステン
レス製パイプ26の内部に雰囲気ガスを導入すると、ガス
の熱膨張によるシール部分31の破壊を招くので避ける必
要がある。図６に示した方法は反応容器を溶接などによ
り加工する必要もなく、還元材の漏洩を防ぐことが出来
るので、図４に示した方法に比べ還元反応を完全にする
ことが出来る長所がある。

【００３６】(3) 上記の還元反応の結果得られた粉末は
粉末Ｘ線回折測定の結果次のような物質からなってい
た。還元剤としてマグネシウムを用いた場合、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）と金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌ、及び未
反応のマグネシウムであった。従って、上記還元反応の
結果得られた粉末から金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌのみを取
り出す精製のために湿式分離を行った。

【００３７】還元剤としてマグネシウムを用いた場合に
は、酸性水溶液たとえば希塩酸水溶液内でＭｇＯと未反
応のマグネシウムを溶解分離し、化合物粉末に精製し回
収した。

【００３８】ここで精製のための湿式分離試薬として金
属マグネシウムの分離には工業的には第１段階の処理と
して水の使用が有効である。しかしながら水のみでは完
全な除去精製が不可能であるために、第１段階の処理と
して、水で大まかな湿式分離を行なった後、さらに以上
に説明したように第２段階の処理として残留する不純物
を除去する必要がある。このためには鉱酸の他、酢酸や
シュウ酸などの有機酸も使用が可能である。ＭｇＯの分
離には酸性水溶液が有効であった。普通、鉱酸たとえば
塩酸の希薄水溶液は入手し易く安価であるため、経済上
好ましい。

【００３９】また、精製のための湿式分離にあたり、水
溶液に機械的な攪拌ないしは超音波振動を加え、さらに
約50℃に加熱すると、精製が効果的に行われ湿式分離時
間を短縮できるほか、不純物の混入も低減される。精製
用の水溶液に不活性ガスたとえばアルゴンガスを吹き込
むと水溶液中の溶存酸素量が低減され、金属間化合物Ｔ
ｉ₃ Ａｌ粉末に付着する酸素が減少し、より高純度な化
合物を得ることができる。湿式分離中に水溶液にガスを
吹き込むと水溶液が攪拌されるために精製が効率よく行
われるので好ましい。

【００４０】(4) マグネシウム蒸気によって900 ℃で還
元後、塩酸水溶液で副生成物を除去した試料金属間化合
物Ｔｉ₃ ＡｌについてＣｏＫα特性のＸ線による粉末Ｘ
線回折測定を行った結果の一例を図７（ａ）に示した。
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれの２時間、６時
間、12時間還元した試料を検討の結果、いずれもＴｉ₃
Ａｌのみの回折図形を示している。結晶粒度に起因する
ピークの広がりが還元時間とともにシャープになり、還
元合成された結晶粉末の粒度が大きくなり、また欠陥の
少ない結晶に合成されていくことがわかる。

【００４１】一般に還元時間が長いほど、また還元温度
が高いほど得られる粉末の粒子径は大きくなる。このよ
うに還元剤と還元温度と還元時間を制御すれば、所望の
粉末粒度を得ることができるのも、本発明の特徴であ
る。

【００４２】以上に説明した工程全体の概略を図８にま
とめて示した。これを工程順に説明すると次の通りであ
る。 〔第１工程〕酸化物粉末の均質混合：二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂ ）と酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を出発原料
にする。これらをＴｉ／Ａｌのモル比が、所望の金属間
化合物Ｔｉ₃ Ａｌ内のＴｉ／Ａｌのモル比３対１に一致
するように秤量し乳鉢あるいはボールミル等で充分混合
し、均質な酸化物混合体を得る工程である。この工程は
図８に示した工程以外に図３に詳細を示した別工程があ
り、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の４種類の方
法で酸化物混合体を得ることができる。

【００４３】〔第２工程〕還 元：酸化物混合体をマグ
ネシウムと共に還元容器に設置し、これを電気炉内にセ
ットし、雰囲気ガスに置換後、昇温し、所定温度に所定
時間保持して還元し、還元粉末を得る工程である。

【００４４】〔第３工程〕精 製：還元粉末を冷却して
容器より取り出し、塩化アンモニウムまたは希塩酸で洗
浄する湿式処理によって、酸化マグネシウム及び未反応
のマグネシウムを溶解分離し、精製した高純度の金属間
化合物Ｔｉ₃ Ａｌの粉末を得る工程である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によると、チタンとアルミニウム
の金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの単体を高純度でしかも、多
量生産で安価に粉末状または塊状で得られる。本発明に
よる金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの単体粉末を粉末冶金法に
適用することによって、切削溶接加工が少なくて済む製
品形状に近い大型焼結体を形成し、各種装置として構造
物に直接組み込める。また焼結体は、スパッタリングや
真空蒸着のターゲット材料にも使用でき、各種の構造物
の表面処理を行い、耐熱性を高め、機械強度を向上させ
ることができる。

【００４６】本発明による金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌを組
み込んだ各種製品は軽量で優れた熱性、耐食性、高い機
械強度を有しており、製造価格が安い。金属間化合物Ｔ
ｉ₃ Ａｌを組み込んだ各種製品、たとえば、航空機や宇
宙船関連機器や深海艇など海洋関連機器や磁気浮上列車
などの交通関連機器等を構成する機械構造製品、ジェッ
トエンジンや自動車用エンジンや発電機用タービン等に
使われるタービンブレード等高温利用動力発生装置等に
使用され、本発明はこれらを安価に提供できる工業上大
いなる利益がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はチタンとアルミニウムの合金状態図であ
る。

【図２】図２は従来の金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの製造工
程の工程図である。

【図３】図３は酸化物混合体の製造方法を示した工程図
である。

【図４】図４は酸化物混合体を還元・合成するための反
応装置の実施の一例を示す略図である。

【図５】図５（ａ）は酸化物混合体をマグネシウムの蒸
気で還元するための容器を示す図であり、図５（ｂ）は
酸化物混合体をマグネシウムの液体で還元するための容
器を示す図であり、図５（ｃ）は酸化物混合体をマグネ
シウムで還元するための容器を示す図である。

【図６】図６は横型の電気炉を使用した還元の過程にお
ける反応装置の実施の他の一例を示す図である。

【図７】図７（ａ）は、マグネシウム蒸気によって900
℃で２時間還元後、塩酸水溶液で副生成物を除去した試
料に対するＣｏＫα特性Ｘ線による粉末Ｘ線回折測定結
果を示す回折図であり、図７（ｂ）は、マグネシウム蒸
気によって900 ℃で６時間還元後、塩酸水溶液で副生成
物を除去した試料に対するＣｏＫα特性Ｘ線による粉末
Ｘ線回折測定結果を示す回折図であり、図７（ｃ）は、
マグネシウム蒸気によって900 ℃で12時間還元後、塩酸
水溶液で副生成物を除去した試料に対するＣｏＫα特性
Ｘ線による粉末Ｘ線回折測定結果を示す回折図である。

【図８】図８は本発明工程の一例を示す工程系統図であ
る。

【符号の説明】

１ ＴｉＡｌ ２ ＴｉＡｌ₃ ３ 合金液体 ４ Ｔｉ₃ Ａｌ ５ β−Ｔｉ ６ α−Ｔｉ ７ 酸化物混合体 ８ モリブデン製受け皿 ９ Ｍｇ粒 １０ ステンレス製の薄い底板 １１ モリブデン製の台 １２ ステンレス製容器 １３ モリブデン製隔壁 １４ ステンレス製の底板 １５ アルミナ製の反応管 １６ アルゴンガス １７ 熱電対保護管 １８ 測温用熱電対 １９ アルミナ製炉芯管 ２０ 発熱体 ２１ ステンレス製上板 ２２ ボルト ２３ アルミナ製スペーサ ２４ 酸化物混合体 ２５ 電気炉 ２６ ステンレス製パイプ ２７ モリブデン製受け皿 ２８ 金属カルシウムの粒 ２９ ステンレス棒 ３０ コック ３１ シール部分 ３２ 発熱体 ３３ 温度測定用熱電対 ３４ ゴムキャップ ３５ モリブデン製の台

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】図５（ａ）は酸化物混合体をマグネシウムの蒸
気で還元するための容器を示す図であり、図５（ｂ）は
酸化物混合体をマグネシウムの液体で還元するための容
器を示す図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】図７は、マグネシウム蒸気によって900 ℃でそ
れぞれ２時間（ａ）、６時間（ｂ）及び12時間（ｃ）で
還元後、塩酸水溶液で副生成物を除去した試料に対する
ＣｏＫα特性Ｘ線による粉末Ｘ線回折測定結果を示す回
折図である。

フロントページの続き (72)発明者 池澤 正志 京都府京都市左京区田中西樋ノ口町42番地 太田方

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物である二酸化チタンと酸化アルミ
   ニウムをＴｉとＡｌの組成が金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌの
   組成になるように配合し混合することによりチタンとア
   ルミニウムの原子を可能な限り微細かつ均一に配合させ
   た酸化物混合体を作る第１工程と、 この酸化物混合体に750 ℃〜1200℃の温度範囲の高温下
   でマグネシウム（Ｍｇ）を作用させて還元する第２工程
   と、 合成された金属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌから、副成するＭｇ
   Ｏを、水、または酸性水溶液等の溶媒で溶解除去し、金
   属間化合物Ｔｉ₃ Ａｌのみを純粋に取り出す第３工程と
   より成ることを特徴とするＴｉ₃ Ａｌの製造方法。
2. 【請求項２】 前記酸化物の混合体を造る第１工程は所
   定配合の二酸化チタンと酸化アルミニウムを機械的に混
   ぜ合せる乾式混合による請求項１記載のＴｉ₃ Ａｌの製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記酸化物混合体を造る第１工程は、所
   定配合の四塩化チタンと塩化アルミニウムとを酸性水溶
   液に混合、溶解させ、次にアンモニア水で中和し、得ら
   れたコロイド状の白色沈殿を乾燥、脱水し酸化物混合体
   を得る湿式混合による請求項１記載のＴｉ₃ Ａｌの製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記酸化物混合体を造る第１工程は、所
   定配合の二酸化チタンと酸化アルミニウムとの混合物を
   高温に加熱し溶解混合し、冷却して、酸化物混合体を得
   る請求項１記載のＴｉ₃ Ａｌの製造方法。