JPS6311507A - 高圧アンモニア法による窒化ジルコニウム微粉末の製造方法 - Google Patents

高圧アンモニア法による窒化ジルコニウム微粉末の製造方法

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JPS6311507A
JPS6311507A JP15359186A JP15359186A JPS6311507A JP S6311507 A JPS6311507 A JP S6311507A JP 15359186 A JP15359186 A JP 15359186A JP 15359186 A JP15359186 A JP 15359186A JP S6311507 A JPS6311507 A JP S6311507A
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宗宮 重行
Masahiro Yoshimura
昌弘 吉村
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—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
    • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は窒化物の製造に係り、より詳細には、黄金色系
の窒化物である窒化ジルコニウム、窒化チタン微粉末を
高圧アンモニア法によって製造する方法に関するもので
ある。
(従来の技術) 窒化ジルコニウム、窒化チタン等の硬質窒化物は、黄金
色を呈し、融点が高く、化学的に安定で耐熱ショック性
に優れていることがら、高温特殊構造材料、超硬材料、
表面保護材料、装飾用材料などとして期待されている。
従来、これらの窒化物は直接窒化反応法、還元窒化反応
法、熱分解法、CVD法等により製造されていた。
具体的には、例えば、窒化チタンの製造方法としては、
■金属チタン粉末を窒素又はアンモニア雰囲気中にて8
00〜1000℃に加熱し窒化する方法、■水素化チタ
ンを窒素又はアンモニア雰囲気中にて1000℃以上に
加熱する方法、■酸化チタンを炭素の存在下で1000
〜1300℃で窒素と反応させる方法などがある。
また、窒化ジルコニウムの製造方法としては、窒化チタ
ンの場合と同様、■金属ジルコニウム粉末の直接窒化、
■水素化ジルコニウムの窒化、■酸化ジルコニウムの炭
素存在下での窒化、或いは■ジルコニウムハロゲン化物
の窒化、などによる方法がある。
(発明が解決しようとする問題点) しかし乍ら、上記製造方法のいずれも主として1000
℃以上の高温で長時間反応させる必要があるため、省エ
ネルギー化の要請を満足するものではなく、また反応装
置自体も1000℃以上の高温に耐え得る耐熱材料で構
成しなければならず、コスト高を招いていた。加えて、
特に上記■の方法では水素化物を取扱うことがらH2発
生により操作上危険であり、■の方法では得られる窒化
物中に酸化物や炭化物が生成し純度が低い等の欠点もあ
る。
本発明は、上記窒化物の製造に関する従来技術の欠点を
解消し、より低温で反応させることにより安価に窒化ジ
ルコニウム、窒化チタンを製造し得る方法を提供するこ
とを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため1本発明者は、純度が低くなら
ずH、発生を伴わない直接窒化法について低温で反応せ
しめ得る方策を見い出すべく実験研究を試みた。
まず、従来の直接窒化法が低圧で行われている点に鑑み
、高圧の下で低温反応を実験したところ、チタンの場合
、30〜LOOMPaの高圧アンモニア雰囲気であれば
400〜500℃で出発原料のTiからTIHl、9Z
4が生成するが、それでも5〜30日の長時間を要する
ことが判明した。
一方、ジルコニウムの場合、塩化アンモニウム添加の下
で500〜700℃でβ−ZrNCQが生成し、このβ
−ZrNCQは真空中、750℃以上でZrNに分解す
る。
そこで、これらの実験結果に基づき、本発明者は、高圧
アンモニア雰囲気に塩化アンモニウムを添加し低温で窒
化物が生成する可能性について更に実験研究を重ねた結
果、IMPaの高圧アンモニア雰囲気中、700℃で3
時間加熱処理すれば、チタン粉末の場合、T i H工
、、2.とTiが得られるがTiNは得られず、ジルコ
ニウム粉末の場合にはZ r H、が得られるがZrN
は得られないのに対し、この雰囲気中に塩化アンモニウ
ムを添加して反応させたところ、500℃以上でTiN
が得られ、600℃以上でZrNが得られ、したがって
。
塩化アンモニウムの添加がTi及びZrの窒化に効果的
であることが判明した。
本発明は、かシる知見に基づいてなされたものであって
、その要旨とするところは、金属ジルコニウム又は金属
チタンを高圧アンモニア雰囲気中で加熱して窒化ジルコ
ニウム又は窒化チタン微粉末を製造する方法において、
該雰囲気中に塩化アンモニウムを添加すると共にアンモ
ニア圧0.1MPa以上、温度300℃以上で反応せし
めることを特徴とする高圧アンモニア法による窒化ジル
コニウム、窒化チタン微粉末の製造方法、にある。
以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
まず、出発原料としてはチタン粉末、ジルコニウム粉末
を用いるが、できるだけ高純度の粉末であるのが望まし
い。
これらの金属粉末は比較的低い温度の高圧アンモニア雰
囲気中で塩化アンモニウム(NH,CQ)添加の下で反
応し、窒化物微粉が得られる。
加熱温度と共にまず中間生成物の生成がはじまり、次い
でその窒化により窒化物が生成するが。
その反応は、チタンの場合、 のように進み、ジルコニウムの場合には、ZrN、 β
−ZrNCQ のように進むものと考えられる。
これらの反応は、アンモニア圧0.1MPa以上、加熱
温度300’C以上で行われ、3時間以上加熱するのが
好ましい0反応を円滑に遂行するためには0.1MPa
以上の高圧アンモニウムを必要とするが、しかし反応容
器及び操作性の点からできるだけ下限(0,1MPa)
に近い圧力の方が望ましく、0.1〜IMPaの範囲が
好ましい、また加熱温度については300’C程度でも
上記反応は熱力学的に可能であるが、反応速度が著しく
遅いので効率が悪いので、300℃より高温が望ましい
。しがしあまり高温であると熱エネルギーを消費するだ
けになるので、700℃以下が好ましい、アンモニア圧
にもよるが、チタンの場合には400〜500℃、ジル
コニウムの場合には500〜600℃が好まシイ、なお
、NH4CQは10〜50wt%の量を添加するのが好
ましい。
(実施例) 次に本発明の詳細な説明する。
失胤叢よ 純度99.1%以上のチタン粉末を準備し、これをAi
lチューブ内に入れ、該チューブ型圧力容器(オートク
レーブ)に装入し、0.1MPa、1MPa(いずれも
初期圧)の高圧アンモニアで10wt%(9,2mo1
%)のNH4CQを添加した雰囲気とし、加熱温度30
0〜700℃、加熱時間3〜168時間の範囲で加熱処
理した。
得られた反応生成物をX線回折(XRD)、走査型電子
顕微鏡(SEM)及び透過型電子顕微鏡(TEM)にて
調べた。
第1図は、10wt%NH4Cf1を含むIMPaの高
圧アンモニア雰囲気で3時間加熱したときに各温度で得
られた生成物のX線回折分析結果である、これによれば
、400℃でTiHt、*z4が生成しはじめ、500
℃以上でTiNが生成することがわかる。これらの生成
物は、処理時間が長くなるとTiNのみが生成するよう
になり、例えば第2図に示すように、500℃で8時間
加熱すると完全にTiNのみからなる粉末が得られる。
得られたTiN粉末は平均8〜9nm寸法の結晶性微粉
末であり、中間生成物TiH□、、□が20nmである
ことから、原料チタン粉末(150nm以上)が水素化
反応、窒化反応によって順次微粉化されることを示して
いる。
第1図に示した反応生成傾向は、アンモニア圧が0.1
MPa、Lowt%NH4CQ添加の場合、並びに50
vt%NH4CQ添加でアンモニア圧が0.1MPa、
IMPaの各場合にも同様の傾向であった。
比較のため、上記実施例で高圧アンモニアに代えて0.
4MPaのArガスを使用し、他の条件を同様にして加
熱処理したところ、第3図に示すように、400℃乃至
400℃以上でT i H1e s 24が得られたが
TiNは得られず、TiH□、、24の生成量は500
℃で最大を示したのみであることから。
TiNが生成するためにはチタン金属をNH,CQ及び
NH,と共存させる必要があることは明白である。
以上の結果より、前述の如<IMPaの高圧アンモニア
下で700℃、3時間加熱してもTi金属が残存しT 
I Hz a * 24が得られるのみであるのに比べ
ると、同一条件下で高圧アンモニアにNH4CQを添加
するのみでTiN粉末が得られ、しかもTiN生成温度
を500℃にまで下げることができ、その効果が大きい
ことは明らかである。
大嵐叢ス 純度99.5%のジルコニウム粉末を原料粉末とし、実
施例1と同様の加圧容器を使用して、6wt%(10+
no1%)のNI−■4CQを含むIMPaの高圧アン
モニア雰囲気中にて加熱温度300〜700℃、加熱時
間3〜168時間の範囲で加熱処理した。
その結果は、第4図に一例を示すように400℃以上で
ZrH及びZ r H、が生成しはじめ、600℃以上
でZrNが生成した。但し、700℃で少量のβ−Zr
NCRも生成し、またこれらの生成物は第5図に示すよ
うに、168時間(600℃)加熱してもZrN単相の
みにはならなかった。
このような生成傾向は高圧アンモニアが0.1MPaの
場合においても同様であった。
これより、前述の如<IMPaの高圧アンモニア下で7
00℃、3時間加熱してもZrH,が生成するだけでZ
rNは得られないのに比べると、600℃で既にZrN
が得られ、その効果は非常に大きいことがわかる。
なお、得られたZrN粉末は平均12nI1寸法の結晶
性微粉末で、ZrHzが20nmであることから、原料
ジルコニウム粉末(150nm以上)が水素化反応、窒
化反応によって順次微細化されることを示している。
(発明の効果) 以上詳述したように1本発明によれば、従来少なくとも
100℃以」二の高温で反応させなければTiN、Zr
N粉末が生成しなかったのに比べて、TiNは500℃
、ZrNは600℃の如くより低い温度でしかも短時間
処理で生成させることができるので、省エネルギー化の
効果は顕著である。
また低い温度で窒化物が生成するので、微粉末であって
も凝集せず、優れた性状の窒化物微粉末が得られる。更
に高圧アンモニア法でも比較的低レベルの圧力下での反
応でよいので、格別の高圧装置を必要とせず、従来より
も安価に所望性状の窒化物微粉末を毘供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はチタン粉末をIQwt%のNH,CQを添加し
たIMPaの高圧アンモニア雰囲気で3時間加熱処理し
たときの加熱温度と生成物相の関係を示す図、 第2図は第1図の場合の加熱処理において加熱温度が5
00℃のときの加熱時間と生成物相の関係を示す図、 第3図はアンモニアに代えArガスを使用し第1図の場
合と同様に加熱処理したときの加熱温度と生成物相の関
係を示す図、 第4図はジルコニウム粉末について10wt%のN11
.Cflを添加したIMPaの高圧アンモニア雰囲気で
3時間加熱処理したときの加熱温度と生成物相の関係を
示す図、 第5図は第4図の加熱処理において加熱温度が600℃
のときの加熱時間と生成物相の関係を示す図である。 特許出願人   新技術開発事業団 代理人弁理士  中  村  尚 第1図 温/L(”C) 第4図 ′JL度(°C) 第5図 闘PII(hr)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 金属ジルコニウム又は金属チタンを高圧アンモニア雰囲
    気中で加熱して窒化ジルコニウム又は窒化チタン微粉末
    を製造する方法において、該雰囲気中に塩化アンモニウ
    ムを添加すると共にアンモニア圧0.1MPa以上、温
    度300℃以上で反応せしめることを特徴とする高圧ア
    ンモニア法による窒化ジルコニウム、窒化チタン微粉末
    の製造方法。
JP61153591A 1986-06-30 1986-06-30 高圧アンモニア法による窒化ジルコニウム微粉末の製造方法 Expired - Lifetime JP2513469B2 (ja)

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