JPS60195009A - 塊状のチタン族元素窒化物の製造法 - 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】 この発明は塊状のチタン族元素窒化物、すなわち窒化チ
タン、窒化ジルコニウムあるいは窒化ハフニウムの製造
法に関りるものである。

従来、窒化チタンの製造法としては、■粉末状金属チタ
ンを窒素あるいはアンモニア気流中で反応させて窒化チ
タンを得る固相−気相間反応竪よる方法や、■水素化チ
タンを熱分解し、しかる後窒素あるいはアンモニア気流
中で反応させて窒化手々′″、／を欝ス田相−値相開Ｅ
犬「上ス°ｈ渓−または、■四塩化チタンを高温の気相
状態で水素および窒素の混合ガスやアンモニアガスと反
応させて窒化チタンを得る同相−気相間反応による方法
があった。

しかしながら■および■の方法では、粉末または繊維状
の窒化チタンが得られるものであり、■の方法では、主
に表面コーディング用の窒化チタンが得られるものであ
って、いずれも１μオーダーの粉粒状態で゛あり、直接
塊状の窒化チタンを得ることができないものであった。

従って用途は従来においては主に粉末もしくはＩＩＡＩ
Ｉｌｌ状等のいわゆる粉粒状態下で使用し得る用途に限
られているところが現状であり、塊状状態のものを反応
上ダイレクトに生成している例は見られなかった。

しかるに、例えば、研削材分野にあって、この物質が有
用であることが認められるものの、０．３１オーダーの
砥粒を得ようとすれば、上記粉粒状態の窒化チタンを一
旦焼結させ、しかる後所定粒度に粉砕する工程を採用し
なければならず、特にこの焼結工程においては、窒化チ
タンの融点が３２００℃を越える高位に位首するため、
生産性や経汎性並びに加Ｊ性に４５いて条件的に厳しく
、実際上において実施困難であった。すなわち、反応上
にＪ３いて、ダイレフ１〜に塊状物が得られないことか
ら、塊状物を得ようとすれば、一旦生成した粉粒状窒化
チタンを再度別工程として、生産性、経流性並びに加工
性に乏しい焼結工程を採用せざるを得ず、従って、−挙
的に塊状状態で窒化チタンが得られる方法が嘱望されて
いた。

そこでこの発明の目的と゛するところは、生産性や加工
性並びに経済性の点で、さらには別工程を採らざるを得
ない点で好ましくないいわゆる焼結方法等を採用ぜずし
て、反応上−挙的に生成し得るとともに、きわめて均質
な塊状の窒化チタン、さらには窒化ジルコニウムあるい
は窒化ハフニウム等のチタン族元素窒化物の製造法を１
；こ供するところにある。

上記目的達成のためこの発明は、チタン族元素の酸化物
、水素化物もしくはハ１」グン化物あるいは金属単体を
溶融し、必要に応じてコークス等の還元剤あるいは水素
等の触媒を加え、この溶融状態下において窒化反応を生
起させ、最終的に目的物賀たる塊状のチタン族元素窒化
物を得たものである。

すなわち、従来は通常の窒化反応の条件温度に従って反
応を生起させていたものであるが、この発明は、反応条
件の設定基準としては、通常の条件温度を採用せず、特
に生成物質の生成状態を塊状とする見地から、溶融状態
の保持温度を基準に反応を生起させたものである。すな
わち生成物質であるチタン族元素窒化物が前述の通り、
きわめて高融点であるものの、これを生成し得る原料で
あるチタン族元素の酸化物、水素化物、ハロゲン化物に
ついては、融点が生成物質に比してきわめて低く、かつ
それらの窒化反応自体の条件温度はさらに一層低いこと
から、原料の融点自体は、同時に反応の条件温度を十分
溝たしており、従ってまず原料を溶融させておいて生成
物の碗状化を図り、この溶融状態下において窒化反応を
生起させたものである。

なおもち論、窒化反応は通常の条件温度をはるかに越え
る高温度条件下で生起さぼることから、この点問題のあ
るころであるが、実際、この異常な条件下で窒化さ「て
も良好に反応は進行し、しか・も均質な塊状物を得るこ
とが認められたものである。

この種の原ＩＩどしては、金属チタンを始めとして、例
えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等
のチタン族元素の酸化物、水素化チタン、水素化ジルコ
ニウム、水素化ハフニウム等のチタン族元素の水素化物
、ハロゲン化チタン、ハロゲン化ジルコニウム、ハロゲ
ン化ハフニウム等のチタン族元素のハ【コグン化物が者
えられる。

なおこの原料中には、電気炉中において先ずチタン族元
素の炭素化物を固相状態のまま酸化反応さゼて得られた
チタン族元素の酸化物をも含めることが出来るものであ
る。

図面は、この種方法を使用するにあたり用いられる装置
の一例を示づ原理図であり、１は炉体、成からなる、い
わゆる電気炉を示している。４は電極２を貝通させて形
成した含窒素ガスの供給路であり、５は加熱された融体
である。

この方法に係る発明をこの装置を用いて説明づると、例
えば、あらかじめ空気雰囲気下において炉体１に原料及
び還元剤を加え、電極２により溶融させるとともに還元
させ、これに供給炉４より含窒素ガスを供給すれば、窒
化され、冷却の後、塊状物質が得られるものである。

また例えば、あらかじめ炉体１内を窒素雰囲気下にして
Ｊ３いて、これに原料等を加えて溶融、還元、窒化させ
てもよい。勿論この場合、原料の溶融状態到達前におい
ても若干の反応は生起しているものの、還元反応や昇温
速瓜等との関係で、経時的にみればほとんど全てが塊状
物となることが認められている。

さらにまた例えば、窒素雰囲気下にあらかじめ溶融状態
にした原料を投入して、所望の大きさの塊状物を適宜得
る方法も考えられる。

ｎ５　ｆ　ス　Ｌ−−１−々　ゝノ　ｋｌ　；ン　書　
の　藺　イｋ　引−プレ　鷹と　イト　伽　もしくはハ
ロゲン化物あるいは金属単体を溶融し、必要に応じて還
元剤や触媒を加え、この溶融状態下で窒化させる構成を
採用させる方法であれば適切である。

以下この発明の実施例につき詳細に説明する。

なお製法と生成鉱物並びに分析結果は別表に欅めて示す
。

実施例１ ルチルナンド１０ｋｇとコークス３．０ｋｇとをよく混
合する。これを図面に示すような電気炉内に投入して交
流電圧１２０Ｖで通電し、溶融体を生成する。次にこの
溶融体にＮ２ガスとＮ１−１３ガスとの混合ガス雰囲気
下で窒化して塊状物を６．４に９　得た。なお、反応途
中の中間生成物として、Ｔ’　Ｏｚ　Ｔ　ｉ　Ｃ。

（Ｔ’ｉ　（Ｃｘ　Ｎｙ　）　、　ｘ　４１　＝１　）
、（Ｔｉ　（Ｃｘ　Ｏｚ　）、ｘ　＋ｚ　＝１　）、（
Ｔｉ　（Ｎｙ　Ｏｚ　）　、ｙ　＋ｚ　＝１　）、（Ｔ
ｉ　（Ｃｘ　ＮＶ　Ｏｚ　、　ｘ　＋ｙ　＋ｚ　＝１　
）の内の１種又は２種以」二が得られることが認められ
たが、この中間生成物はいずれも再度、窒素ガスなどの
含窒素ガス雰囲気の電気炉を用いて溶融し、還元し、窒
化を行なえば、塊状の王ｉＮが生成しくｑることが認め
られた。

実施例２ 炭化チタン１０ｋｇを上記実施例と同じく電気炉内に投
入し、前反応としてＮ２ガスとＣＯガスとの混合ガスを
加えて酸化チタンを生成さけた。

この際反応は酸化チタンが生成するに従い、固相状態か
ら溶融状態へと変化していった。これに続いて次にＮＺ
ガスとＮ　’Ｈ３ガスとの混合ガス雰囲気下にし、ガス
流量を５９／ｍｉｎに調整して上記実施例のごとく通電
した。この結果、塊状の窒化チタンを８．１ｋｇを得た
。

実施例３ 水素化チタン１０ｋｇを同電気炉に投入し、ガス流１５
Ａ／ｍｉｎでＮＺガス雰囲気下にして通電した。この結
果、塊状窒化チタン９．６ｋｇを得た。

実施例４ 四塩化チタン１０ｋＱを電気炉に投入し、ガス流量を５
Ｌ／ｍｉ＋＋に調整したＮＺガスとＮ１」３ガスとの混
合ガス雰囲気下にし−Ｃ通電し、塊状窒化チタン６　ｋ
Ｏを１９だ。

（以下次頁） 化学分析値衣 ［１ （ 【 − し く注） ＊　元素分析法による ＊＊　Ｘ線回折法による同定 以上のごとくこの発明は、チタン族元素窒化物を塊状状
態として一挙的にかつ均質状態で１ｑられる方法を提供
したものであるので、例えば研削材分野にｄ５いて、こ
の種物質を砥粒として用いる際にも、わざわざ別工程と
して焼結方法を採用する必要がなくなり１＝ものであり
、生産性、加工性並びに軽済性の面で活目すべき顕著な
効果を発揮し得１ｃものである。なＪ３勿論この種用途
に限らず、塊状とするために別途焼結方法等を採用せざ
るを１９ない他用途に対しても適用し１ｑるもので、広
範囲の利用分野に対し資するところぎわめで大きいもの
がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明に係る方法の一例を実施する際に用いら
れる装置の一例を示す原理図である。 代理人１．弁理士　大島泰甫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　チタン族元素の酸化物、水素化物もしくはハロ
   ゲン化物あるいは金属中休を溶融し、必要に応じてコー
   クス等の還元剤あるいは水素等の触媒を加え、この溶融
   状態下にＪ３いて窒化さμることを特徴とする塊状のチ
   タン族元素窒化物のＭ造法。