(57)【要約】【解決課題】高強度、耐摩耗が必要な超硬合金等の素材として使用されるナノ粉末の製造に関し、数十ｎｍ級のＷＣ粉末が製造可能な方法を提供すること。【解決手段】本発明は、タングステンを含有する前駆体を準備し、該前駆体を反応炉５で気化させ、ガスを発生させた後、上記気化された前駆体を非酸化性雰囲気内で浸炭させることを含む方法である。このように製造されたナノＷＣ粉末は、強度が高く、耐摩耗性が優れているので超硬工具等の超硬合金や、耐摩耗用部品又は金型素材の原料として好適である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステン含有前駆体からＷＣ系粉末を製造する方法であって、
前記タングステン含有前駆体を準備する段階と、
前記タングステン含有前駆体を気化又は昇華させてガスを発生させる段階と、
前記ガスを非酸化性雰囲気内で浸炭させる段階と
を含む常圧気相反応法によるナノＷＣ系粉末の製造方法。
【請求項２】
前駆体は、タングステンエトキシド、タングステンクロライド及びタングステンヘキサカーボニルの少なくとも一つを含むものである請求項１に記載の常圧気相反応法によるナノＷＣ系粉末の製造方法。
【請求項３】
非酸化性雰囲気は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、Ｈ２及びこれらの混合ガスを使用する雰囲気であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の常圧気相反応法によるナノＷＣ系粉末の製造方法。
【請求項４】
浸炭させる段階は、９００〜１５００℃の温度で熱処理するものである請求項１〜請求項４に記載の常圧気相反応法によるナノＷＣ系粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度、耐摩耗性が必要な超硬合金等の素材の製造に使用されるナノ粉末の製造方法に関するものである。詳しくは、常圧気相反応法によりタングステンが含有された前駆体を使用して数十ｎｍ級のＷＣ粉末を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＣ系粉末は、一般的にタングステン粉末と固相の炭素粉末とを混合して高温で浸炭する固状反応によって合成して製造される。しかし、この固相反応による合成技術は、機械的粉砕工程によって粉末を微粒化させるので、ＷＣ粒子サイズが約０.５μｍ以下の粉末を製造することが難しい。
【０００３】
一方、１９９０年度以後、金属水溶性塩を利用してＷとＣｏを含有する水溶液を噴霧乾燥して、超微粒ＷＣ/Ｃｏ粉末を得る合成技術、いわゆる液相反応による合成技術が常用化されている。
【０００４】
しかしながら、このような液相を利用した合成工程においても水溶液の乾燥過程及び還元浸炭熱処理中にＷＣ粒子の成長により、約０.１μｍ以下の極微細粉末を製造するのには限界がある。
【０００５】
【発明が解決しょうとする技術的課題】
本発明は、以上のような背景の下になされたものであり、従来の方法で製造されるものよりも微細な、約２０ｎｍ以下のＷＣ超硬粉末を合成する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため本発明者等は、従来の方法である固相反応、液相反応による方法に替えて、常圧気相反応を利用してＷＣ系超硬粉末を製造する方法を見出した。
【０００７】
即ち、本発明は、タングステン含有前駆体からＷＣ系粉末を製造する方法であって、タングステンを含有する前駆体を準備する段階と、前駆体を気化させてガスを発生させる段階と、このガスを非酸化性雰囲気内で浸炭させる段階を含んで構成されるものである。
【０００８】
以下、本発明を詳しく説明する。本発明はタングステン含有前駆体を直接気化させた後、これを浸炭熱処理して目的とするナノサイズの粉末を製造することに特徴がある。
【０００９】
ここで、タングステン含有前駆体は、タングステンを含有する前駆体であれば構わないし、好ましくは、タングステンエトキシド溶液又はタングステンクロライド（ＷＣｌ６）溶液や固相でタングステンヘキサカーボニル[Ｗ（ＣＯ）６]である。また、必要により上記溶液にＣｏのような第３元素を添加することができる。
【００１０】
本発明では、上記前駆体を気化させガスとした後、ガス状態のタングステンを非酸化性雰囲気内で浸炭させる。
【００１１】
図１は、タングステン含有前駆体を気化させた後、浸炭するために本発明で適用されるナノ粉末製造装置の一例を示す。図１に図示されたとおり、気相反応を介したナノ粉末の製造装置１０は、貯蔵容器１内のタングステン含有前駆体を供給するポンプ２と、タングステン含有前駆体を気化させる気化器３と、気化されたタングステン含有前駆体と運搬ガスとを混合する加熱チューブ６を加熱させるヒーター４を備える反応炉５と、反応炉５に貫通されるように設けられた運搬ガスの供給パイプ７を含んで構成される。
【００１２】
加熱チューブ６は、ステンレス、これと同等の金属、又は、アルミナ、ムライト、シリコンカーバイド等のセラミック、テプロン等を使用することができる。好ましくは、加熱チューブ６は、タングステン含有前駆体の気化温度より５０〜１５０℃高い温度に耐え得る材質を使用することである。また、気化器３の内径は、加熱チューブ６の１／３０〜１／５０程度が適当である。
【００１３】
かかる製造装置１０から気化器３の一側端に連結されたポンプ２を介してタングステン含有前駆体を移送させる。この際、タングステン含有前駆体の移送流量は０．０５〜２ｃｃ／ｍｉｎ程度が適当である。
【００１４】
タングステン含有前駆体が気化器３を介して気化されながら加熱チューブ６内に入り、 加熱チューブ６内には運搬ガスを吹込んで加熱チューブ６内部を非酸化性雰囲気に作る。運搬ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、Ｈ２等、又は、これらの混合ガスが適当である。また、ガス流量は１０〜５００ｃｃ／ｍｉｎの範囲に吹き込むのが好ましい。
【００１５】
反応炉５はヒーター４で加熱して、９００〜１５００℃の温度で浸炭熱処理が行われるようにするのが好ましい。
【００１６】
本発明により気相(ｇａｓ  ｐｈａｓｅ)状態のタングステンは、浸炭反応が早いばかりでなく、浸炭反応が終った粉末が凝固した後の粒子は約２０ｎｍ以下のサイズを有するようになる。
【００１７】
本発明でタングステン含有前駆体に第３の元素、例えば、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＦｅ等のような第３の元素を添加することができるのは勿論である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、 本発明につき実施例を通じて具体的に説明する。しかし、次の実施例は専ら本発明を説明するためのものであって、本発明の要旨に基づき本発明の範囲が次の実施例に局限されないことは当業界で通常の知識を有する者に自明なことである。
【００１９】
気化温度が２９０℃であり、腐食性のないタングステンエトキシド溶液を準備し、この溶液を図１のような装置で、０．４４ｃｃ／ｍｉｎの速度で移送しながら気化させ、直径約６０ｍｍのアルミナチューブ内に移送した。この際、ガスはＡｒガスを使用し、ガス流量は約１００ｃｃ／ｍｉｎであった。また、反応炉を加熱して約１１００℃で気化された前駆体を浸炭させた。
【００２０】
このように浸炭熱処理されて得られたＷＣ粉末を回収し、該回収された粉末を電子顕微鏡で観察して、その結果を図２に示す。
【００２１】
図２に示されたとおり、本発明により製造されたＷＣ粉末は、その粒子が約２０ｎｍ以下のサイズを見せていた。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、常圧気相反応を介して数十ｎｍ級のＷＣ粉末を提供することができ、このようなナノ粉末は強度が高く、耐摩耗性が優れており、超硬工具等の超硬合金や、耐摩耗用部品又は金型素材の原料として大変適合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に符合されるナノ粉末の製造装置の概略構成図。
【図２】  本発明により製造されたナノ粉末の組織写真。
【符号の説明】
１  貯蔵容器
２  ポンプ
３  気化器
４  ヒーター
５  反応炉
６  チューブ
７  ガス供給パイプ
【図１】
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【図２】
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