(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化タンタルとカーボンを混合し、水素炉で所定の温度で一次炭化を行い、得られた炭化物の酸素と遊離カーボンの量を測定し、次いでこの測定結果に基づいてカーボン量を調整して一次炭化物にカーボンを添加し、次いで真空炭化炉で所定の温度で二時炭化を行うことを特徴とする炭化タンタルの製造法。
【請求項２】
一次炭化の処理温度が１４００〜１８００℃、二次炭化の処理温度が１８００〜２０００℃であることを特徴とする請求項１に記載の炭化タンタルの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイト、チップ、カッター、ドリル、ダイスなどの超硬切削工具材料の品質改善、性能向上のために利用される炭化タンタルの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化タンタル製造の原料としては、以前金属タンタル粉末が使用されたこともあったが、金属タンタル粉末が比較的高価なため、現在はタンタル酸化物が使用されている。
【０００３】
炭化タンタルの製法は、図１に示す通りであり、まず酸化タンタルとカーボンをボールミルで混合し、これをプレスで成形して小さな団鉱にする。次にこれを炭化炉に入れて１４００〜１８００℃に加熱すれば、下記の反応式（１）により炭化タンタルができる。
Ｔａ２Ｏ５＋７Ｃ→２ＴａＣ＋５ＣＯ          …（１）
この炭化の方法には２つの方法があって、水素雰囲気中で炭化する水素炉法と、真空で行なう真空炉法とである。
【０００４】
水素炉法で用いられる水素炉は、図２に示すように、アルミナの炉心管にモリブデン線を巻き、これに電流を通して加熱する。炉心管は気密な鉄のケースに収められ、炉心管の周囲にアルミナ粉末が保温材としてつめられている。原料はカーボンボートに入れられ、一方より逐次挿入し他方より押し出される。水素の流れはボートの流れと逆方向で、入口から排出される。
【０００５】
一方、真空炉法で用いられる真空炉は、図３に示すように、原料を黒鉛ルツボに入れ、ルツボの外側のコイルに高周波電流を流し、ルツボの表面に流れる誘導電流により加熱する。真空炉は真空ポンプに連結し、雰囲気を真空に保つと同時に発生するガスも排出する。
【０００６】
得られた炭化タンタルは、クラッシャーで粗砕し、さらにボールミルで粉砕して、微粒の炭化タンタルにする。
【０００７】
上記した従来の炭化タンタルの製造においては次のような問題点がある。すなわち、水素炉法では量産スケールにおいて炭化不充分であり、炭化タンタル中に残存する酸素や遊離カーボンが多い。また炭化反応では上記反応式（１）に示すようにＣＯガスが発生し、真空炉を使用した場合はこれにより粉末原料であるＴａ２Ｏ５が吹き上がり、操業が難しくなり、製造歩留りが悪くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低酸素でかつ低遊離カーボンの高品質の炭化タンタルを歩留り良く製造する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、炭化は不充分であるがガスの吹き上りのない水素炉法と、炭化は充分であるがガスの吹き上りのある真空炉法の各々の特長を活かして炭化タンタルを製造することに着目し、一次炭化は水素炉法、二次炭化は真空炉法で行うことにより本発明に至った。
【００１０】
本発明は、下記の事項をその特徴としている。
（１）  酸化タンタルとカーボンを混合し、水素炉で所定の温度で一次炭化を行い、得られた炭化物の酸素と遊離カーボンの量を測定し、次いでこの測定結果に基づいてカーボン量を調整して一次炭化物にカーボンを添加し、次いで真空炭化炉で所定の温度で二時炭化を行うことを特徴とする炭化タンタルの製造法。
（２）  一次炭化の処理温度が１４００〜１８００℃、二次炭化の処理温度が１８００〜２０００℃であることを特徴とする前記（１）の炭化タンタルの製造法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明法による炭化タンタルは、秤量、混合、一次炭化、調合、二次炭化、粗粉砕、微粉砕および、篩分の各工程を経て製造される。
秤量工程では、原料であるＴａ２  Ｏ５  およびＣが各々所定量ずつ台秤等で秤量される。
混合工程では、秤量済みのＴａ２  Ｏ５  とＣがバーチカルミキサー等で均一に混るように混合される。
【００１２】
一次炭化工程では、混合された原料がボートに充填され、図２に示すような、水素雰囲気の水素炉に一定時間間隔で炉内に装入される。水素炉内にはボード装入口の他端の取出側より一定流量の水素ガスが吹込まれており、水素還元雰囲気に維持されている。炉内では１４００〜１８００℃の温度範囲で、Ｔａ２  Ｏ５  とＣが反応し一次炭化が行われる。加熱温度が１４００℃未満では一次炭化が不十分となり、炭化タンタル中の遊離カーボン、酸素量が多くなる。また、炉内温度が１８００℃を超えることは、炉の構造、材質上から困難である。
【００１３】
調合工程では、一次炭化終了後の炭化タンタルのボード毎の品質を平均化させるために、ヘンセルミキサー等で撹拌混合される。撹拌混合品のサンプルが採取され、遊離カーボン、酸素量が分析測定される。反応に必要なカーボン量が不足する場合にはカーボンが補給添加され、撹拌混合される。
【００１４】
二次炭化工程では、調合工程を経た炭化タンタルがるつぼに充填され、図３に示すように、真空炭化炉に装入される。炉内は真空状態に維持され、１８００℃〜２０００℃の温度に保持され、一次炭化工程で残留した遊離カーボンおよび酸素を低減させるために二次炭化が行われる。炉内温度が１８００℃未満では炭化不十分で遊離カーボンおよび酸素の低減効果がうすく、２０００℃超では炭化タンタル粉末の凝結が始まり、エネルギー的にも無駄となる。
【００１５】
粗粉砕工程では、二次炭化終了後の炭化タンタルがるつぼから取り出され、次工程の微粉砕工程で受入れ可能な大きさにジョークラッシャ等により、炭化タンタルの塊が粗粉砕される。
微粉砕工程では、粗粉砕された炭化タンタルが、所望粒子径になるように、ボールミル等に装入され、微粉砕される。
篩分工程では、微粉砕された炭化タンタルが振動篩等に供給され、所望粒径以上のものが分別除去される。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例と比較例によりさらに説明する。
実施例１
Ｔａ２  Ｏ５    １３８Ｋｇ、Ｃ  ２６Ｋｇを台秤で秤量後、バーチカルミキサーで５分間撹拌混合し、混合品をカーボン製ボードに充填（２Ｋｇ／本）し、３時間に２本の割合で抵抗加熱式水素炉に供給し、１６５０℃の温度で１４時間滞留させ一次炭化を行った。
【００１７】
一次炭化終了品の分析値はＴ−Ｃ６．４％、Ｆ−Ｃ０．３％、Ｏ０．８％であった。分析値より不足カーボン量を算定し、一次炭化物１２０Ｋｇに対しカーボン１２０ｇを追加しヘンセルミキサーで撹拌調合し、調合品をカーボン製るつぼに充填（１００Ｋｇ／本）し、高周波誘導加熱式の真空炉に装入した。
１９５０℃で５時間炉内に保持し、冷却後るつぼを取り出し、るつぼから取り出した炭化タンタルをショークラッシャで２ｃｍ以下に粗粉砕後、２０φ〜５０φの鉄ボール２３０Ｋｇを充填した５００φ×６００Ｌのステンレス製ボールミルに１００Ｋｇ装入し、２０時間微粉砕を行った。
その後１５０ｍｅｓｈの振動篩で篩分けて１５０ｍｅｓｈ以下の製品１１８Ｋｇを得た。
【００１８】
製品歩留は９８％であった。炭化タンタルの製品品質は、Ｔ−Ｃ  ６．２５％、Ｆ−Ｃ  ０．０２％、Ｏ  ０．２５％であり、超硬工具用材料として求められている品質（Ｆ−Ｃ  ＜０．２％、Ｏ  ＜０．３％）を十分に満足していた。
【００１９】
比較例１
Ｔａ２  Ｏ５    １３８Ｋｇ、Ｃ  ２６Ｋｇを秤量後、バーチカルミキサーで撹拌混合し、カーボン製ボードに充填（２Ｋｇ／本）して水素雰囲気の水素炉で１６５０℃で２８時間炭化処理を行い、得られた炭化タンタルをボールミルで粉砕し、１５０ｍｅｓｈの振動篩で篩分けて炭化タンタル製品１２０Ｋｇを得た。
【００２０】
製品歩留は９８％、製品品質はＦ−Ｃ  ０．２５％、Ｏ  ０．５５％であり、超硬工具用材料として求められている品質規格から外れていた。
【００２１】
比較例２
Ｔａ２  Ｏ５    １３８Ｋｇ、Ｃ  ２６Ｋｇを秤量後、バーチカルミキサーで撹拌混合し、カーボン製るつぼに充填（１００Ｋｇ／本）して真空炭素炉で１９５０℃で１５時間炭化処理を行った。
炭化終了後炉内よりるつぼを取り出したが、炭化タンタルがるつぼ外に、一部流出し、炉内および真空ポンプ系へ飛散していた。
るつぼより炭化タンタルを取り出し、ジョークラッシャで粗粉砕し、次いでボールミルで微粉砕し、１５０ｍｅｓｈの振動篩で篩分けて製品１０５Ｋｇを得た。
【００２２】
製品品質はＦ−Ｃ  ０．２％、Ｏ  ０．４％であり、超硬工具用材料として求められている品質規格のうち酸素の値がオーバーしており、製品歩留も９０％と悪かった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、水素炉法による一次炭化および真空炉法による二次炭化を行うので、低酸素、低遊離カーボンの高品質の炭化タンタルを歩留り良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の炭化タンタルの製造工程図である。
【図２】水素炉の構造を説明する図である。
【図３】真空炭化炉の構造を説明する図である。
【図４】本発明法による炭化タンタルの製造工程図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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