JPS63170212A - 金属硼化物の超微粉の製造法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は粒径１μｍ以下の金属硼化物の超微粉の製造法
に関する。

金属硼化物は、極めて融点および硬度が高く、しかも化
学的にも安定であることなどから、超耐熱材料、耐摩耗
材料、複合材料などに利用されるとともに、その優れた
物性から新機能を有する電子材料、触媒材料、超電導材
料などとして注目されている。

金属硼化物をこのような用途に適用する場合の加工方法
としては、主として粉末冶金的手段、すなわち焼結法が
用いられるが、高性能な焼結体を得るためには、高純度
でかつ焼結性の優れた微細な金属硼化物粉であることが
要°求される。

従来技術 従来、粒径１μｍ以下の金属硼化物超微粉を製造する方
法としては、（１）金属硼化物塊の機械的粉砕、（２）
金属塩化物と塩化硼素との混合気体の水素還元合成など
がある。ここで、前者の機械的粉砕法では、粒径１μｍ
以下の金属硼化物超微粉を得ることが極めて困難である
。また、後者の水素還元合成法では反応効率を向上させ
ることが困難であるとともに、反応副生成物による超微
粉の汚染、すなわち高純度の超微粉が得難いことや、公
害の予想される排ガス（主とじてＭＣＩガス）の処理等
、その製造工程・装置は極めて複雑なものとなっている
。

発明の目的 本発明は、これらの欠点を解決すべくなされたものであ
り、その目的は簡馬な装置・製造工程で、かつ無公害的
に粒径１μｍ以下の金属硼化物超微粉を製造する方法を
提供するにある。

発明の構成 本発明者らは、前記目的を達成すべく研究の結果、水素
または水素と不活性ガスとの混合ガス中で発生した熱プ
ラズマにより、金属硼化物塊あるいは所定の化学量論的
混合比を有する該金属と硼素との混合物を加熱ｅ溶融す
ることにより、該金属の硼化物が効率良く蒸発するとと
もに、この蒸発した金属硼化物蒸気が該雰囲気中で凝縮
して金属硼化物超微粒子となることを見出した。この知
見に基づいて本発明を完成したものである。

本発明は、水素あるいは水素とアルゴン、ヘリウム等の
不活性ガスとの混合ガス中で発生した熱プラズマ（アー
ク、プラズマジェットあるいは高周波プラズマ等）によ
り、金属硼化物あるいは該金属と硼素とを所定の化学量
論比に混合した混合物を加熱・溶融し、この際に発生す
る金属硼化物蒸気を該雰囲気中で凝縮させて金属硼化物
超微粉を製造する方法である。

本発明における金属硼化物超微粒子の生成機構の詳細は
明らかではないが、本発明者らが先に見出した水素プラ
ズマによる金属超微粒子の生成現象と同様に（特許第１
１４６１７０号）、アークプラズマ内で活性化された水
素（原子状あるいはイオン状水素）と溶融金属硼化物と
の反応過程において、該溶融金属」化物が強制的に蒸発
し、その蒸気が凝縮することにより金属硼化物超微粒子
を形成したものと考えられる。

本発明における出発原料としては、塊状の金属硼化物を
そのまま用いてもよいが、金属と硼素との化学量論的混
合物（一般に、粉末を混合して調整する）を熱プラズマ
で直接加熱・溶融してもよい（この加熱・溶融により該
金属硼化物が合成される）。

熱プラズマを発生する雰囲気としては、水素あるいは水
素と不活性ガスとの混合ガスが使用されるが、超微粒子
の発生速度の観点より、純水素あるいは少なくとも２０
％　（体積比）以上の水素を含む水素と不活性ガスとの
混合ガス雰囲気とすることが望ましい。また、この雰囲
気の圧力は、熱プラズマを安定に発生・維持しうる範囲
（通常、約５０　Ｔｈｒｒ〜５ａｔｍ）であれば任意で
あるが、超微粒子の発生効率や操業性、超微粒子の搬送
・捕集性などの点から大気圧近傍の′圧力が望ましい。

該金属硼化物を加熱Φ溶融、金属硼化物超微粒子を発生
させるための熱プラズマとしては、直流または交流アー
ク、移行式または非移行式プラズマジェットあるいは高
周波誘導プラズマが利用できるが、熱効率の点より直流
アークあるいは移行式プラズマジェットを使用すること
が望ましい。

本発明において作成しつる金属硼化物超微粉は、該熱プ
ラズマの加熱・溶融に際して容易に分解しない程度に高
融点（大略２０００℃以上）の金属硼化物であり、周期
表のｌａ、ｌａ、１ｌ（ａ、■ａ、　ｖａおよびｖａ族
に属する金属１例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類金属、Ｔｉ、　Ｚｒ、　）（ｆ、　Ｖ、　Ｎ
ｂ％Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなどの硼化物が挙げられる。

本発明の方法における金属硼化物超微粉を製造するため
の装置としては、第１図に示したような、本発明者らが
先に考案した金属超微粒子の製造装置（特許第１２２６
８０６号）が挙げられる。図中、１は密−容器、２は熱
プラズマ、３は溶融金属硼化物、４は雰囲気ガスの導入
口、５は溶解台、６は冷却器、７は超微粉捕集器である
。

溶融金属硼化物から発生した金属硼化物蒸気は、雰囲気
ガスによって直ちに冷却・凝縮されて超微粒子となり、
該金属硼化物超微粒子は雰囲気ガス導入口４から冷却器
６を経て超微粒子捕集器７へ向かう雰囲気ガス流によっ
て捕集器７に搬送され、捕集される。

実施例　１ 第１図に示す装置を使用し、プラズマ先生方ヱ 法としては直流アーク（横１性、電流：１５０Ａ）粉末
Ｘ線回折図形を第３図に示す。チタン硼化物の超微粒子
は六角板状１球形等の晶癖を有するが、いずれもその粒
径は０．３μｍ以下の超ｆＡ粒子となっている。また、
第３図のＸ線回折図形より、この超微粒子は六方晶形の
Ｔｉ　Ｂ、であることが判明した。

実施例　２ 実施例１と同一の装置を使用し、５０係ｕｓ−Ａｒ雰囲
気中において硼化ジルコニウムｃｚｒＢｓ）ヲ直流アー
ク（ｔｊ流：１５０Ａ）により加熱・溶融し、ジルコニ
ウム硼化物の超微粉を得た。　　　４゜得られた超微粉
の電子顕微鏡写真を第４図に、粉末Ｘ線回折図形を第５
図に示す。ジルコニウム硼化物の超微粒子は、主として
球形の粒子であり、その粒径はいずれも０，２μｍ以下
の超微粒子であった。また、第５図の粉末Ｘ線回折図形
より、このジルコニウム硼化物は六方晶形に属する硼化
ジルコニウム（ＺｒＢｍ）であることが判明した。

発明の効果 このように、本発明の方法によれば、簡易な装置により
、容易かつ無公害的に高純度な金属硼化物の超微粉を製
造することができる。また、このようにして得られた金
属硼化物超微粉は、金属硼化物の焼結温度・圧力等の条
件を著しく緩和できるという効果を有するばかりではな
く、触媒や電子材料、超電導材料として新しい機能を開
発することができるという優れた効果も発現し得られる
という特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属硼化物超微粉を製造する装置の超微粒子の
電子顕微鏡写真、第３図および第５図は金属硼化物超微
粉のＸ線回折図形を示す。 １：密閉容器　　　　　２：熱プラズマ３：溶融金Ｒ硼
化物　　４：雰囲気ガス導入口５：溶解台　　　　　　
６：冷却器 ７；超微粉捕集器 特杵出願人　科学技術庁金属材料技術研究所長−中　川
　龍　− 菫１０ ＠ｔｒｍ 第５閏 ｖＪ４　＠ 第５１！１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素または水素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で発
   生した熱プラズマにより、周期表 I ａ、IIａ、IIIａ、
   IVａ、ＶａおよびVIａ族金属の硼化物あるいは該金属と
   硼素との混合物を加熱・溶融することにより該金属硼化
   物を蒸発・凝縮させることを特徴とする該金属の硼化物
   超微粉の製造法。