SE517106C2 - High vol. prodn. of transition metal carbide, nitride and carbo-nitride whiskers - Google Patents
High vol. prodn. of transition metal carbide, nitride and carbo-nitride whiskersInfo
- Publication number
- SE517106C2 SE517106C2 SE9601335A SE9601335A SE517106C2 SE 517106 C2 SE517106 C2 SE 517106C2 SE 9601335 A SE9601335 A SE 9601335A SE 9601335 A SE9601335 A SE 9601335A SE 517106 C2 SE517106 C2 SE 517106C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- transition metal
- whiskers
- alkali
- mixture
- nitride
- Prior art date
Links
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 25
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 claims abstract 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 39
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910000272 alkali metal oxide Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011872 intimate mixture Substances 0.000 claims description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 20
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Chemical compound O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 235000015041 whisky Nutrition 0.000 description 6
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 5
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 3
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical group O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 halide salt Chemical class 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- VSSLEOGOUUKTNN-UHFFFAOYSA-N tantalum titanium Chemical compound [Ti].[Ta] VSSLEOGOUUKTNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010062 TiCl3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001615 alkaline earth metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- RCJVRSBWZCNNQT-UHFFFAOYSA-N dichloridooxygen Chemical compound ClOCl RCJVRSBWZCNNQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 1
- 230000000802 nitrating effect Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- YONPGGFAJWQGJC-UHFFFAOYSA-K titanium(iii) chloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)Cl YONPGGFAJWQGJC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/38—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/10—Single-crystal growth directly from the solid state by solid state reactions or multi-phase diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/005—Growth of whiskers or needles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/62—Whiskers or needles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
25 30 35 ~-.~ 517 106 ==ï- z U.S. patent 5,l60,574 beskriver en process för produktion I i :JJJII av whiskers med liten diameter av titankarbid med en CVD- metod. 25 30 35 ~ -. ~ 517 106 == ï- z U.S. U.S. Patent 5,160,574 discloses a process for the production of small diameter titanium carbide whiskers by a CVD method.
Svenska patentansökningarna 9504626-4 och 9504625-6 beskri- ver en process för att göra karbid-, nitrid-, eller karbonit- ridwhiskers av övergångsmetall från blandningar av en oxid av en övergångsmetall, en halogenidkälla, en metallkatalysator, och en kolkälla innehållande flyktiga beståndsdelar.Swedish patent applications 9504626-4 and 9504625-6 describe a process for making transition metal carbide, nitride or carbonitride whiskers from mixtures of an oxide of a transition metal, a halide source, a metal catalyst, and a carbon source containing volatile constituents .
De ovan anförda patenten och patentansökningarna avser alla whiskermaterial innehållande endast en metall förutom kol, kväve, syre eller kombinationer därav. Tillverkning av whis- kers där två eller flera metaller bildar en fast lösning har inte ansetts möjlig på grund av svårigheter att kontrollera de komplexa kemiska reaktionerna som leder till bildningen av whiskers inom ett väldefinierat sammansättningsintervall. Det har nu, emellertid, överraskande visat sig att det är möjligt att tillverka karbid-, innehållande två eller flera övergångsmetaller i fast lösning nitrid- eller karbonitridwhiskers förutsatt att temperaturen är noggrant kontrollerad.The above patents and patent applications relate to all whisker materials containing only one metal except carbon, nitrogen, oxygen or combinations thereof. The manufacture of whiskers where two or more metals form a solid solution has not been considered possible due to difficulties in controlling the complex chemical reactions that lead to the formation of whiskers within a well-defined composition range. It has now, however, surprisingly been found that it is possible to produce carbide containing two or more transition metals in solid solution nitride or carbonitride whiskers provided that the temperature is carefully controlled.
Det är avsikten med föreliggande uppfinning att beskriva en metod att tillverka, höghållfasta karbid-, övergångsmetall, vilka: (i) i stora volymer och till låg kostnad, -nitrid- eller -karbonitridwhiskers av är raka; (ii) har jämna ytor; (iii) har en diameter i mikrometerområdet, företrädesvis sub- mikron och (iv) innehåller två eller flera övergångsmetaller från Ti- och V-grupperna. De bildade whiskerna skall användas som förstärkningsmaterial i avancerade kompositmaterial.It is the object of the present invention to describe a method of manufacturing, high strength carbide, transition metal, which: (i) in large volumes and at low cost, nitride or carbonitride whiskers are straight; (ii) has smooth surfaces; (iii) has a diameter in the micrometer range, preferably sub-micron and (iv) contains two or more transition metals from the T1 and V groups. The whiskeys formed are to be used as reinforcement materials in advanced composite materials.
Genom att ändra sammansättningen av en fast lösning av den generella sammansättningen (Me1_X_yMe'XMe"y..etc.)C1_ZNZ finns det möjlighet att ändra materialegenskaperna så att en önskad temperaturutvidgningskoefficient eller en önskad kemisk eller fysisk egenskap kan erhållas. Kostnaden för att tillverka ett whiskermaterial kan sänkas genom att delvis er- sätta en dyr övergångsmetall med en billigare där, till exem- pel, temperaturutvidgningskoefficient eller de önskade kemiska egenskaper inte påverkas så mycket vid ändringar i sammansätt- ningen. 10 15 20 25 30 35 517 106 Dessa och andra ändamål tillgodoses av en metod att tillverka (Me1-X-yMe'XMe"Y...etc.)C1-ZNZ whiskers i stora volymer och med höga utbyten omfattande: - Intim blandnig av: (i) ett kolpulver företrädesvis inne- hållande en flyktig del vilken förflyktigas vid en temperatur över 50OOC; (ii) en blandning av övergàngsmetallföreningar (oxider, hydroxider och/eller alkalioxider) i en mängd som tillfredsställer de stökiometriska kraven för den önskade (t ex NaF, KF, LiF, LiCl, i ett molärt förhållande övergångs- (iii) NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2), metallzhalogenid av l:(0.l-3), HCl och C12 kan även användas i ett molärt förhållande övergàngsmetall:katalysator av l:(0.005-1), whiskern; en halogenidkälla som halogenidkälla; (iv) och en metallkatalysator, vilka vid reaktionstemperaturen kan lösa övergångsmetallerna, C och N. Företrädesvis används Ni eller Co eller en legering därav eller någon Ni- eller Co-förening, företrädesvis NiCl2, som kommer att sönderfalla till metallen och en flyktig kompo- nent vid reaktionstemperaturen.By changing the composition of a solid solution of the general composition (Me1_X_yMe'XMe "y..etc.) C1_ZNZ, it is possible to change the material properties so that a desired temperature expansion coefficient or a desired chemical or physical property can be obtained. whisker material can be lowered by partially replacing an expensive transition metal with a cheaper one where, for example, the coefficient of temperature expansion or the desired chemical properties are not so much affected by changes in the composition 10 15 20 25 30 35 517 106 purposes are met by a method of manufacturing (Me1-X-yMe'XMe "Y ... etc.) C1-ZNZ whiskers in large volumes and in high yields comprising: - Intimate mixture of: (i) a carbon powder preferably containing a volatile part which volatilizes at a temperature above 50 ° C; (ii) a mixture of transition metal compounds (oxides, hydroxides and / or alkali oxides) in an amount satisfying the stoichiometric requirements of the desired (eg NaF, KF, LiF, LiCl, in a molar ratio of transition- (iii) NaCl, KCl , CaCl 2, MgCl 2), metal halide of 1: (0. 1-3), HCl and C 12 can also be used in a molar ratio of transition metal: catalyst of 1: (0.005-1), the whisk; a halide source as a halide source; (iv) and a metal catalyst, which at the reaction temperature can dissolve the transition metals, C and N. Preferably Ni or Co or an alloy thereof or some Ni or Co compound, preferably NiCl 2, which will decompose to the metal and a volatile component at the reaction temperature.
- Uppvärmning av blandningen till 1000-l8OOOC i 0.5-18 tim- mar vid 10 mbar-50 bar tryck i en icke-oxiderande atmosfär (såsom Ar, N2, H2, He). Reaktionstemperaturen och reaktionsti- den påverkas av partikelstorleken för övergångsmetalloxidkäl- lorna.- Heating the mixture to 1000-180 ° C for 0.5-18 hours at 10 mbar-50 bar pressure in a non-oxidizing atmosphere (such as Ar, N2, H2, He). The reaction temperature and reaction time are affected by the particle size of the transition metal oxide sources.
Whiskertillväxten enligt föreliggande uppfinning är en VLS- (VLS = Vapour-Liquid-Solid).The whisker growth of the present invention is a VLS (VLS = Vapor-Liquid-Solid).
Denna process innebär transport av övergångsmetallerna som liknande kristalltillväxtprocess gasformiga föreningar till en flytande katalysator vid vilken den önskade whiskern tillväxer. Halogenidkällan tillsättes som en förflyktigande agens för transport av övergångsmetallerna i gasfas t ex som en klorid eller oxoklorid. En av flera möjliga reaktionssekvenser för en blandning av TiO2 och Ta2O5 där Cl2(g) används som klorkälla är: Tio2(s) + 3c(s) 2Tao2c1(g) + Ta205 (S) + 3CO(g) + (5/2)Cl2(g) -> TiCl3(g) + Bildandet av flyktiga Ti- och Ta-föreningar sörjer för gas- fastransport av Ti och Ta till den smälta metallkatalysatorn 527 106 där den flyktiga föreningen reagerar ytterligare med C och/eller N till att bilda en whisker av sammansättningen (Ta1-XTiX)C1_yNY med O värdena beror på sammansättningen av startblandningen, 5 reaktionstemperatur och använd atmosfär.This process involves transporting the transition metals as similar crystalline growth process gaseous compounds to a liquid catalyst at which the desired whisker grows. The halide source is added as a volatile agent for transporting the transition metals in the gas phase, for example as a chloride or oxochloride. One of several possible reaction sequences for a mixture of TiO2 and Ta2O5 where Cl2 (g) is used as chlorine source is: TiO2 (s) + 3c (s) 2Tao2c1 (g) + Ta205 (S) + 3CO (g) + (5/2 ) Cl2 (g) -> TiCl3 (g) + The formation of volatile Ti and Ta compounds provides for gas solid transport of Ti and Ta to the molten metal catalyst 527 106 where the volatile compound reacts further with C and / or N to form a whisker of the composition (Ta1-XTiX) C1_yNY with 0 values depends on the composition of the starting mixture, reaction temperature and atmosphere used.
(X)TiO2(s) + ((1-X)/2)Ta2O5(s) + (7/2-X/2-Y)C(s) + (Y/2>N2(g)-> Ta1_XTiXc1-yNy(s> + (5/2-x/2>co(g) 10 Typ och kornstorlek för övergångsmetalloxiderna i start- blandningen såväl som syntestemperaturen måste bestämmas expe- rimentellt med termodynamiska hänsynstagande för att åstad- komma en whisker med en önskad sammansättning och morfologi.(X) TiO2 (s) + ((1-X) / 2) Ta2O5 (s) + (7/2-X / 2-Y) C (s) + (Y / 2> N2 (g) -> Ta1_XTiXc1 -yNy (s> + (5/2-x / 2> co (g) 10 Type and grain size of the transition metal oxides in the starting mixture as well as the synthesis temperature must be determined experimentally with thermodynamic considerations to achieve a whisker with a desired composition and morphology.
VLS-tillväxtprocessen omfattar åtskilliga reaktioner vilka 15 en och en och/eller i kombination måste vara optimerad för att erhålla maximalt utbyte av whiskers.The VLS growth process involves several reactions which one by one and / or in combination must be optimized to obtain maximum yield of whiskers.
Figur 1 visar viktsförlust mot temperatur i kväveatmosfär för en kolkälla med flyktiga komponenter (Degussa FW200) en- ligt föreliggande uppfinning och för ett kolpulver utan flyk- 20 tiga komponenter (Degussa Printex 90).Figure 1 shows weight loss versus temperature in a nitrogen atmosphere for a carbon source with volatile components (Degussa FW200) according to the present invention and for a carbon powder without volatile components (Degussa Printex 90).
Figur 2 visar ett SEM-foto av (Ti,Ta)C whiskers i exempel 1 syntetiserade enligt föreliggande uppfinning.Figure 2 shows an SEM photograph of (Ti, Ta) C whiskers in Example 1 synthesized according to the present invention.
Figur 3 visar ett diagram med 100 EDS-analyser av whiskers från exempel 1 som visar på en sammansättning nära den nomi- 25 nella sammansättningen (TiO_5Ta0_5)C.Figure 3 shows a diagram with 100 EDS analyzes of whiskers from Example 1 showing a composition close to the nominal composition (TiO_5Ta0_5) C.
Figur 4 visar ett SEM-foto av (Ti,Ta,Nb)C whiskers i exem- pel 4 syntetiserade enligt föreliggande uppfinning.Figure 4 shows an SEM photograph of (Ti, Ta, Nb) C whiskers in Example 4 synthesized according to the present invention.
Figur 5 visar ett diagram med 45 EDS analyser av whiskers från exempel 4 som visar på en sammansättning nära den nomi- 30 nella sammansättningen (TiO_4Ta0_4NbO_2)C. I den här figuren representerar; A - innehåll av Nb B - innehåll av Ta C - innehåll av Ti 35 Enligt föreliggande uppfinning är det möjligt att synteti- sera karbid-, nitrid- eller karbonitrid-whiskers av övergångs- metall med submikron diameter med högt utbyte där två eller flera övergångsmetaller, Me, Me', Me" etc.. bildar en fast 10 15 20 25 30 35 517 106 ššFï-I 5 etc.)C1_ZNZ från startblandningar av övergàngsmetalloxider, hydroxider eller alkalioxider därav och kol företrädesvis som ett pulver innehållande en flyktig del och en alkali- och/eller alkaliskjordarts- metallhalogenid med användning av en katalysator. Den erhållna whiskern är av i :ønøv lösning (Me1-X_yMe'XMe"ym överlägsen kvalitet, användbar som förstärkning i olika slag av material t ex plast, metaller, intermetaller, metallbundna hårdmaterial och keramik.Figure 5 shows a graph with 45 EDS analyzes of whiskers from Example 4 showing a composition close to the nominal composition (TiO_4Ta0_4NbO_2) C. In this figure represents; A - content of Nb B - content of Ta C - content of Ti 35 According to the present invention it is possible to synthesize carbide, nitride or carbonitride whiskers of transition metal with submicron diameter in high yield where two or more transition metals , Me, Me ', Me "etc .. form a solid (C an alkali and / or alkaline earth metal halide using a catalyst. , metal-bonded hard materials and ceramics.
Enligt föreliggande uppfinning har högst utbyte erhållits med användning av ett kolpulver med en primär kornstorlek (d v s, en majoritet av pulvret) av 10-50 nm, innehållande en flyktig del i mängder mellan 5 vikt% och 30 vikt%, vilken delvis förflyktigas vid temperaturer överskridande 500°C, varvid porositeten hos startblandningen hålls på en hög nivå genom hela reaktionen. Detta underlättar tillväxten av whiskers inom volymen av startblandningen och förser whiskern med en väldefinierad blandning av gasspecier som genereras av startblandningen. Porositeten gör det också möjligt för kvävgas att genomtränga reaktionsblandningen vid fall av syntes en nitrid- eller karbonitridwhisker. Kolkällan är en typ av sot som har syreinnehållande funktionella grupper såsom karboxyl och kinon på ytan. Dessa grupper utgör den flyktiga delen av pulvret och förflyktigas vid temperaturer över 500°C (se figur l). Det kan även innehålla en liten mängd kolväten.According to the present invention, the highest yield has been obtained using a carbon powder having a primary grain size (ie, a majority of the powder) of 10-50 nm, containing a volatile portion in amounts between 5% by weight and 30% by weight, which partially volatilizes at temperatures exceeding 500 ° C, keeping the porosity of the starting mixture at a high level throughout the reaction. This facilitates the growth of whiskers within the volume of the starting mixture and provides the whisker with a well-defined mixture of gas species generated by the starting mixture. The porosity also allows nitrogen gas to penetrate the reaction mixture in case of synthesis of a nitride or carbonitride whisk. The carbon source is a type of soot that has oxygen-containing functional groups such as carboxyl and quinone on the surface. These groups form the volatile part of the powder and volatilize at temperatures above 500 ° C (see Figure 1). It may also contain a small amount of hydrocarbons.
Ett sådant kolpulver är lätt att framställa i stora mängder och är kommersiellt tillgängligt på marknaden, t ex Degussa Color Black FW2OO eller FW2, Degussa Special Black 4, 5 eller 6. Porositeten hos reaktionsblandningen kan lätt kontrolleras genom att variera typ och mängd av flyktig komponent och detta i en större utsträckning jämfört med när klippta kolfibrer används något som finns beskrivet i prior art.Such a carbon powder is easy to produce in large quantities and is commercially available on the market, for example Degussa Color Black FW2OO or FW2, Degussa Special Black 4, 5 or 6. The porosity of the reaction mixture can be easily controlled by varying the type and amount of volatile component. and this to a greater extent compared to when shredded carbon fibers are used which is described in prior art.
Reaktionsblandningen innehåller övergångsmetalloxider eller alkalioxidföreningar därav med kornstorlekar typiskt mellan l och 100 um, företrädesvis med en fluffig karaktär. Det ovan nämnda kolpulvret tillsättes i sådan mängd att det stökio- metriska kravet är uppfyllt för den förening som önskas framställas. Ett salt innehållande halogenid såsom NaF, KF, LiF, LiCl, NaCl, KCl, MgCl2 eller CaCl, ensamt eller i kom- 10 15 20 25 30 35 517 106 i 6 bination, i ett molärt förhällande övergàngsmetall:halogenid av l:(O.l-2), företrädesvis 1:(O.25-0.5), tillsättes som en förflyktigande agens för övergàngsmetallerna. En klorinnehàl- lande gas kan även tillsättas till syntesatmosfären som en föràngande agens, ensam eller i kombination med ett halogenid- salt. En metallkatalysator för whiskertillväxten som kan lösa övergängsmetallerna plus C och/eller N, t ex Ni och/eller Co pulver av konventionell kornstorlek, eller en Ni- eller Co- förening, företrädesvis NiCl2, som kommer att sönderdelas till metallen och en flyktig komponent vid reaktionstemperaturen, tillsättes i ett molärt förhållande övergàngsmetallzkata- lysator av 1:(0.0l-0.5), företrädesvis l:(0.02-0.l).The reaction mixture contains transition metal oxides or alkali oxide compounds thereof having grain sizes typically between 1 and 100 μm, preferably of a fluffy character. The above-mentioned carbon powder is added in such an amount that the stoichiometric requirement is met for the compound to be prepared. A salt containing halide such as NaF, KF, LiF, LiCl, NaCl, KCl, MgCl 2 or CaCl, alone or in combination 517 106 in 6 combination, in a molar ratio of transition metal: halide of 1: (Ol -2), preferably 1: (O.25-0.5), is added as a volatile agent for the transition metals. A chlorine-containing gas can also be added to the synthesis atmosphere as a vaporizing agent, alone or in combination with a halide salt. A metal catalyst for the whisker growth which can dissolve the transition metals plus C and / or N, eg Ni and / or Co powder of conventional grain size, or a Ni or Co compound, preferably NiCl 2, which will decompose to the metal and a volatile component at the reaction temperature, is added in a molar ratio of transition metal catalyst of 1: (0.0l-0.5), preferably 1: (0.02-0.l).
Reaktantpulvren blandas intimt, vàtt eller torrt, pà något konventionellt sätt. Densiteten av reaktionsblandningen skall vara làg så att pulverytorna är åtkomliga för reaktionsgaserna och sä att reaktionsprodukterna kan avlägsnas. Den önskade densiteten för en viss blandning mäste vara optimerad för varje system och sammansättning och kan lätt bestämmas av den skicklige fackmannen.The reactant powders are mixed intimately, wet or dry, in some conventional manner. The density of the reaction mixture should be low so that the powder surfaces are accessible to the reaction gases and so that the reaction products can be removed. The desired density for a particular mixture must be optimized for each system and composition and can be readily determined by one skilled in the art.
Reaktantblandningen värms i en ugn vid 1000 - 1800 OC, fö- reträdesvis llOO-l600°C, i en icke-oxiderande atmosfär, med en làg gasgenomströmning (omkring 40 ml/min). Reaktionstemperatu- ren sträcker sig frän 1000 till l800°C och reaktionstiden fràn 0.5 till 18 timmar och trycket i reaktionszonen fràn 10 mbar till 50 bar, företrädesvis 0.5 till 5 bar. Reaktionen äger rum i en reaktionskammare tillverkad av nagot kompatibelt materi- al, företrädesvis grafit. Olika former av reaktionskammare kan användas men alla tillåtande en kontrollerad gasutväxling mel- lan reaktorkammaren och den omgivande atmosfären. Homogenite- ten i sammansättningen kan pàverkas genom att välja syntestem- peratur och partikelstorlek för övergàngsmetalloxiderna i startblandningen.The reactant mixture is heated in an oven at 1000-1800 ° C, preferably 110-1600 ° C, in a non-oxidizing atmosphere, with a low gas flow (about 40 ml / min). The reaction temperature ranges from 1000 to 1800 ° C and the reaction time from 0.5 to 18 hours and the pressure in the reaction zone from 10 mbar to 50 bar, preferably 0.5 to 5 bar. The reaction takes place in a reaction chamber made of some compatible material, preferably graphite. Different forms of reaction chambers can be used, but all allowing a controlled gas exchange between the reactor chamber and the surrounding atmosphere. The homogeneity of the composition can be affected by choosing the synthesis temperature and particle size of the transition metal oxides in the starting mixture.
Det molära förhållandet kolzövergángsmetall som skall användas beror pà de valda oxidkällorna och den önskade sammansättningen för den fasta lösningen av övergángsmetaller och om en nitrid, karbid eller karbonitrid önskas. Även, beroende pä typ av övergängsmetallkällor och typ av whiskers lO 15 20 25 30 35 517 106 7 _ som skall framställas, skall olika syntesparametrar såsom temperatur och gasfassammansättning väljas.The molar ratio of carbon transition metal to be used depends on the selected oxide sources and the desired composition of the solid solution of transition metals and whether a nitride, carbide or carbonitride is desired. Also, depending on the type of transition metal sources and type of whiskers to be produced, different synthesis parameters such as temperature and gas phase composition should be selected.
N2-gas används som kvävekälla för tillverkning av kvävein- nehàllande whiskers enligt föreliggande uppfinning.N2 gas is used as a nitrogen source for the manufacture of nitrogen-containing whiskers according to the present invention.
Tvà separata övergàngsmetallkällor eller en kombination av flera oxidkällor blandas med kolpulvret. Som ett exempel kan den allmänna kemiska reaktionen för bildning av I (Ta0_5Tig_5)C0_5N0_5 fràn t ex TiO2 och Ta2O5 skrivas: <1/2)Ti02(s) + (1/4)Ta2O5(s) + (ll/4)C(s) + 1/4N2(g)-> (Tao.5Tio.5)Co.5No.5(s) + (9/4>co Temperaturen hàlls helst mellan 1100 och l600°C i en kväve- atmosfär i tre timmar. För denna reaktion ska gà till höger är det väsentligt att CO(g)-partialtrycket hàlls tillräckligt làgt och kvävegasen är införd till det inre av reaktionsbland- ningen. Detta innebär att kvävegasen màste genomtränga bland- ningen vars porositet hàlls pà en hög nivå genom användning av kolpulvret enligt föreliggande uppfinning.Two separate transition metal sources or a combination of several oxide sources are mixed with the carbon powder. As an example, the general chemical reaction for the formation of I (Ta0_5Tig_5) CO_5NO_5 from eg TiO2 and Ta2O5 can be written: <1/2) TiO2 (s) + (1/4) Ta2O5 (s) + (ll / 4) C (s) + 1 / 4N2 (g) -> (Tao.5Tio.5) Co.5No.5 (s) + (9/4> co The temperature is preferably kept between 1100 and l600 ° C in a nitrogen atmosphere for three For this reaction to proceed to the right, it is essential that the CO (g) partial pressure is kept sufficiently low and that the nitrogen gas is introduced into the interior of the reaction mixture, which means that the nitrogen gas must penetrate the mixture whose porosity is kept at a high level by using the carbon powder of the present invention.
Pà detta sätt erhålls whiskers av hög kvalitet med lága ni- vàer av restsyre.In this way, high-quality whiskers with low levels of residual oxygen are obtained.
Den allmänna kemiska reaktionen för bildning av (Ta0_5Ti0_5)C fràn t ex TiO2 och Ta2O5 kan skrivas: (l/2)TiO2(s) + (l/4)Ta2O5(s) + (13/4)C(s)-> (Tao 5Ti0_5)C(S) + (9/4)CO(g) Temperaturen hálls helst mellan 1200 och l600°C i en argo- natmosfär i tre timmar. Argongas används i stället för kvävgas eftersom tantal-titankarbonitriden är termodynamiskt stabil jämfört med tantal-titankarbiden vid reaktionstemperaturen.The general chemical reaction for the formation of (Ta0_5Ti0_5) C from eg TiO2 and Ta2O5 can be written: (l / 2) TiO2 (s) + (1/4) Ta2O5 (s) + (13/4) C (s) - > (Tao 5Ti0_5) C (S) + (9/4) CO (g) The temperature is preferably kept between 1200 and 1600 ° C in an argon atmosphere for three hours. Argon gas is used instead of nitrogen because the tantalum titanium carbonitride is thermodynamically stable compared to the tantalum titanium carbide at the reaction temperature.
Genom att välja en mellanliggande mängd kol, en kväveatmos- fär och en temperatur i samma omrâde som för nitrid- och kar- bidsyntes, erhàlls karbonitridwhiskers.By selecting an intermediate amount of carbon, a nitrogen atmosphere and a temperature in the same range as for nitride and carbide synthesis, carbonitride whiskers are obtained.
Resultatet av synteserna enligt föreliggande uppfinning är vanligen en blandning av whiskers med submikron diameter i en mängd av 70 till 90 volym-%. Dessutom bildas submikrona par- tiklar av samma förening. Detta höga whiskerutbyte gör en ex- 10 15 20 25 30 35 tra separation av whiskers och partiklar onödig. Men om ett ännu högre utbyte önskas, kan ett efterföljande raffinerings- steg tillämpas.The result of the syntheses of the present invention is usually a mixture of submicron diameter whiskers in an amount of 70 to 90% by volume. In addition, submicron particles are formed by the same compound. This high whisker yield makes an extra separation of whiskers and particles unnecessary. However, if an even higher yield is desired, a subsequent refining step can be applied.
Tillverkningsbetingelserna angivna ovan báde med hänsyn till utgàngsutformningen och syntesparametrarna, beror pà an- vänd utrustning, form av reaktionkammaren, val av råmaterial etc. Det är möjligt för en fackman som använder annan utrust- ning och andra råmaterial att bestämma de optimala villkoren genom experiment.The manufacturing conditions specified above, both with regard to the initial design and the synthesis parameters, depend on the equipment used, the shape of the reaction chamber, the choice of raw materials, etc. It is possible for a person using other equipment and other raw materials to determine the optimal conditions by experiment.
(Tio.5Tao.5)C TiO2 rutilpulver (Aldrich) och Ta2O5-pulver (Starck ceramic grade) blandades med kolpulver (Degussa FW200), NaCl (Akzo) och Ni-pulver (Cerac 325 mesh) i molfraktionerna: TiO2 Ta2O5 = 1 0.5, TiO2 C = l z 3, Ta2O5 C = l : 7, (TiO2+Ta2O5):C=l:5, (TiO2 + Ta2O5) : NaCl = l 0.5, OCh (TiO2 + Ta2O5) : Ni = l 0.05. Kolkällan innehöll 21 vt% flyktiga komponenter som det kompenserades för vid invägningen. Pulvren torrblandades i en blandare i 5 min och utsattes för karboter- mal behandling med följande processparametrar: T=1250°c t=3 timmar Atmosfär: Ar(g) p(Ar)=l bar De framställda whiskerna bestod av (Ti,Ta)C. Whiskerutbytet var ungefär 80 volym-%. whiskerna var raka och av submikron storlek (se figur 2). EDS-analys visade en sammansättning nära (Tí0_58Ta0_42)C (Se figur 3).(Tio.5Tao.5) C TiO2 rutile powder (Aldrich) and Ta2O5 powder (Starck ceramic grade) were mixed with carbon powder (Degussa FW200), NaCl (Akzo) and Ni powder (Cerac 325 mesh) in the mole fractions: TiO2 Ta2O5 = 1 0.5, TiO2 C = 1z 3, Ta2O5 C = 1: 7, (TiO2 + Ta2O5): C = 1: 5, (TiO2 + Ta2O5): NaCl = l 0.5, OCh (TiO2 + Ta2O5): Ni = l 0.05. The carbon source contained 21 vt% volatile components which were compensated for during weighing. The powders were dry blended in a mixer for 5 minutes and subjected to carbothermal treatment with the following process parameters: T = 1250 ° ct = 3 hours Atmosphere: Ar (g) p (Ar) = 1 bar The whiskeys prepared consisted of (Ti, Ta) C. The whisk yield was about 80% by volume. the whiskeys were straight and of submicron size (see Figure 2). EDS analysis showed a composition close to (Tí0_58Ta0_42) C (See Figure 3).
Exempel 2 (Ti0_5Ta0_5)C0_5N0_5 TiO2 rutilpulver (Aldrich) och Ta2O5 pulver (Starck ceramic grade) blandades med kolpulver (Degussa FW200), NaCl (Akzo) och Ni-pulver (Cerac 325 mesh) i molfraktionerna TiO2 Ta2O5 = l 0.5, TiO2 C = l 2, Ta2O5 C = 1 : 7, (TiO2+Ta2O5):C=l:4.5, (TiO2 + Ta2O5) : NaCl = 1 0.5, och (TiO2 + Ta2O5) : Ni = 1 : 0.05. Kolkällan innehöll 21 vt% flyktiga komponenter som det kompenserades för vid inväg- ningen. Pulvren torrblandades i en blandare i 5 min och utsat- 10 15 20 25 30 35 517 106 f) i) q tes för en nitrerande karbotermal behandling med följande pro- cessparametrar: T=l250°C t=3 timmar Atmosfär: N2(g) p(N2)=1 bar De framställda whiskerna bestod av (Ti,Ta)C,N. Whiskerutby- tet var ungefär 80 volym-%. EDS-analys visade en sammansätt- ning nära (Ti0_5Ta0_5)(C,N). Kol- och kväveinnehàllet bestäm- des med användning av en förbränningsteknik som gav 5.8 vikt% C och 5.0 vikt% N innebärande en generell sammansättning nära Tio.5Tao.5Co.5sNø.45- Eë§mQ§l_å (Ta0_5Nb0_5)C Ta2O5 pulver (Starck ceramic grade) och Nb2O5 (Starck kera- misk sort) blandades med kolpulver (Degussa FW200), NaCl (Akzo) och Ni-pulver (Cerac 325 mesh) i molfraktionerna Ta2O5 Nb2O5 = 1 l, Ta2O5 : C = l 7, Nb2O5 : C = 1 : 7, (Ta2O5 + Nb2O5) : NaCl = l 0.5, 0Ch (Ta2O5 + Nb2O5) : Ni = l 0.05. Kolkällan innehöll 21 vt% flyktiga komponenter som det kompenserades för vid invägningen. Pulvren torrblandades i en blandare i 5 min och utsattes för karbotermal behandling med följande processparametrar: T=l200°C t=3 timmar Atmosfär: Ar(g) p(Ar)=l bar De framställda whiskerna bestod av (Ta,Nb)C. Whiskerutbytet var ungefär 70 volym-%. EDS-analys visade en sammansättning nära (Ta0_5Nb0_5)C.Example 2 (TiO_5TaO_5) CO_5NO_5 TiO2 rutile powder (Aldrich) and Ta2O5 powder (Starck ceramic grade) were mixed with carbon powder (Degussa FW200), NaCl (Akzo) and Ni powder (Cerac 325 mesh) in the mole fractions TiO2 Ta2O2 = C1 = 1 2, Ta2O5 C = 1: 7, (TiO2 + Ta2O5): C = 1: 4.5, (TiO2 + Ta2O5): NaCl = 1 0.5, and (TiO2 + Ta2O5): Ni = 1: 0.05. The carbon source contained 21 vt% volatile components which were compensated for at weigh-in. The powders were dry mixed in a mixer for 5 minutes and subjected to a nitrating carbothermal treatment with the following process parameters: T = 1,250 ° C t = 3 hours Atmosphere: N2 (g ) p (N2) = 1 bar The whiskeys produced consisted of (Ti, Ta) C, N. The whisk yield was about 80% by volume. EDS analysis showed a composition close to (Ti0_5Ta0_5) (C, N). The carbon and nitrogen content was determined using a combustion technique that gave 5.8 wt% C and 5.0 wt% N implying a general composition close to Tio.5Tao.5Co.5sNø.45- Eë§mQ§l_å (Ta0_5Nb0_5) C Ta2O5 powder ( Starck ceramic grade) and Nb2O5 (Starck ceramic grade) were mixed with carbon powder (Degussa FW200), NaCl (Akzo) and Ni powder (Cerac 325 mesh) in the mole fractions Ta2O5 Nb2O5 = 1 l, Ta2O5: C = l 7, Nb2O5 : C = 1: 7, (Ta2O5 + Nb2O5): NaCl = l 0.5, 0Ch (Ta2O5 + Nb2O5): Ni = l 0.05. The carbon source contained 21 vt% volatile components which were compensated for during weighing. The powders were dry blended in a mixer for 5 minutes and subjected to carbothermal treatment with the following process parameters: T = 1200 ° C t = 3 hours Atmosphere: Ar (g) p (Ar) = 1 bar The whiskeys prepared consisted of (Ta, Nb) C . The whisk yield was about 70% by volume. EDS analysis showed a composition close to (Ta0_5Nb0_5) C.
Eë§m2§l_é (Tio.4Tao.4Nbo.z>C TiO2 rutil pulver (Aldrich), Ta2O5_pulver (Starck ceramic grade) och Nb2O5 (Starck keramisk sort) blandades med kolpul- ver (Degussa FWZOO), NaCl (Akzo) och Ni-pulver (Cerac 325 mesh) i molfraktionerna TiO2 Ta2O5 = l 0.5, TiO2 : Nb2O5 = 1 : 0.25, TiO2 : C = l : 3, Ta2O5 : C = l 7, Nb205 : C = 1 7, (TiO2 + Ta2O5 + Nb2O5) : NaCl = 1 0.5, och (TiO2 + Ta2O5 10 - ...g n! I! 517 106 0 ;»2f"2 IG + Nb2O5) : Ni = l 0.05. Kolkällan innehöll 21 vikt% flyktiga komponenter som det kompenserades för vid invägningen. Pulvren torrblandades i en blandare i 5 min och utsattes för karboter- mal behandling med följande processparametrar: T=l2lO°C t=3 timmar Atmosfär: Ar(g) p(Ar)=1 bar De framställda whiskerna bestod av (Ti,Ta,Nb)C. Whiskerut- bytet var ungefär 80 volym-%, se figur 4. EDS analys visade en sammansättning nära (Ti0_36Ta0_42Nb0_22)C (se figur 5).Eë§m2§l_é (Tio.4Tao.4Nbo.z> C TiO2 rutile powder (Aldrich), Ta2O5_powder (Starck ceramic grade) and Nb2O5 (Starck ceramic grade) were mixed with carbon powder (Degussa FWZOO), NaCl (Akzo) and Ni powder (Cerac 325 mesh) in the mole fractions TiO2 Ta2O5 = l 0.5, TiO2: Nb2O5 = 1: 0.25, TiO2: C = 1: 3, Ta2O5: C = l7, Nb205: C = 1 7, (TiO2 + Ta2O5 + Nb2O5): NaCl = 1 0.5, and (TiO2 + Ta2O5 10 - ... gn! I! 517 106 0; »2f" 2 IG + Nb2O5): Ni = l 0.05. The carbon source contained 21% by weight of volatile components as it The powders were dry blended in a mixer for 5 minutes and subjected to carbothermal treatment with the following process parameters: T = 120 ° C t = 3 hours Atmosphere: Ar (g) p (Ar) = 1 bar The whiskeys prepared consisted of of (Ti, Ta, Nb) C. The whisker yield was about 80% by volume, see Figure 4. EDS analysis showed a composition close to (Ti0_36Ta0_42Nb0_22) C (see Figure 5).
Claims (4)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9601335A SE517106C2 (en) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | High vol. prodn. of transition metal carbide, nitride and carbo-nitride whiskers |
| AT96850132T ATE213514T1 (en) | 1995-07-20 | 1996-07-04 | PRODUCTION OF TRANSITION METAL CARBIDE, TRANSITION METAL NITRIDE AND TRANSITION METAL CARBONITRIDE WHISCERS WITH TWO OR MORE TRANSITION METALS |
| EP96850132A EP0754784B1 (en) | 1995-07-20 | 1996-07-04 | Manufacture of transition metal carbide, nitride and carbonitride whiskers containing two or more transition metals |
| DE69619313T DE69619313T2 (en) | 1995-07-20 | 1996-07-04 | Manufacture of transition metal carbide, transition metal nitride and transition metal carbonitride whiskers with two or more transition metals |
| IL11879596A IL118795A0 (en) | 1995-07-20 | 1996-07-05 | Methods for producing transition metal carbide nitride and carbonitride whiskers |
| JP8209352A JPH09183699A (en) | 1995-07-20 | 1996-07-22 | Whisker manufacturing method |
| US08/770,849 US5851285A (en) | 1995-07-20 | 1996-12-20 | Manufacture of transition metal carbide, nitride, and carbonitride whiskers containing two or more transition metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9601335A SE517106C2 (en) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | High vol. prodn. of transition metal carbide, nitride and carbo-nitride whiskers |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9601335D0 SE9601335D0 (en) | 1996-04-04 |
| SE9601335L SE9601335L (en) | 1997-10-05 |
| SE517106C2 true SE517106C2 (en) | 2002-04-16 |
Family
ID=20402117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9601335A SE517106C2 (en) | 1995-07-20 | 1996-04-04 | High vol. prodn. of transition metal carbide, nitride and carbo-nitride whiskers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE517106C2 (en) |
-
1996
- 1996-04-04 SE SE9601335A patent/SE517106C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9601335L (en) | 1997-10-05 |
| SE9601335D0 (en) | 1996-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100360059B1 (en) | Metal Carbide-Group VIII Metal Powders and Manufacturing Method Thereof | |
| US4808372A (en) | In situ process for producing a composite containing refractory material | |
| US5096860A (en) | Process for producing unagglomerated single crystals of aluminum nitride | |
| JPH0336783B2 (en) | ||
| JPS5913442B2 (en) | Manufacturing method of high purity type silicon nitride | |
| US5795384A (en) | Manufacture of transition metal carbide nitride or carbonitride whiskers | |
| US5221526A (en) | Production of silicon carbide whiskers using a seeding component to determine shape and size of whiskers | |
| US4604273A (en) | Process for the growth of alpha silicon nitride whiskers | |
| Stanley et al. | Carbotherma1 synthesis of binary (MX) and ternary (M 1, M 2 X) carbides, nitrides and borides from polymeric precursors | |
| Ahlén et al. | On the carbothermal vapour–liquid–solid (VLS) mechanism for TaC, TiC, and TaxTi1–xC whisker growth | |
| US5851285A (en) | Manufacture of transition metal carbide, nitride, and carbonitride whiskers containing two or more transition metals | |
| Ahlen et al. | Synthesis of TiNxC1− x whiskers | |
| EP0754782B1 (en) | Manufacture of titanium carbide, nitride and carbonitride whiskers | |
| CA1289976C (en) | Method of production of ceramic powders and powders thus obtained | |
| US6110275A (en) | Manufacture of titanium carbide, nitride and carbonitride whiskers | |
| Johnsson | Synthesis of boride, carbide, and carbonitride whiskers | |
| EP0754783B1 (en) | Manufacture of transition metal carbide, nitride and carbonitride whiskers | |
| SE517106C2 (en) | High vol. prodn. of transition metal carbide, nitride and carbo-nitride whiskers | |
| WO2000044965A1 (en) | Manufacture of transition metal carbide and carbonitride whiskers with low residual amounts of oxygen and intermediate oxide phases | |
| Carlsson et al. | Synthesis and Characterization of Ti0. 33Ta0. 33Nb0. 33C and Ti0. 33Ta0. 33Nb0. 33CxN1‐x Whiskers | |
| US5087592A (en) | Method of producing platelets of borides of refractory metals | |
| SE506982C2 (en) | Preparation of titanium di:boride whiskers, used as reinforcing members for advanced composites | |
| Johnsson | Synthesis and characterization of NbC whiskers | |
| Tiegs et al. | Whisker and platelet synthesis processes | |
| JP2681843B2 (en) | Manufacturing method of β-type silicon nitride whiskers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |