[发明专利]碳化锆的锭及粉末的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化锆的锭及粉末的制造方法。

背景技术

碳化锆(ZrC)为具有高熔点、高硬度、高电导率和高耐热冲击性， 化学稳定的材料。因此，可发挥该特性，用于高温结构材料、超硬工 具材料、电场发射型阴极材料等。另外，还具有在将阳光的近红外线 高效地转化为热能的同时反射远红外线的特性，因此，也可利用于保 温性高的防寒服等，为潜在许多可能性的材料。

作为碳化锆的制造方法，主要已知(i)金属锆和碳的燃烧合成反 应以及(ii)氧化锆的吸热碳热还原法。然而，上述两种制造方法均存 在如下改良的余地。

在(i)的燃烧合成反应中，作为原料的金属锆为通过以天然矿物 锆石(ZrSiO₄)为起始原料，氯化得到四氯化锆，接着，利用作为还原 性金属的金属镁等还原所得到的。在该反应中，需要过量的金属镁， 还需要在反应后分离金属镁的工序，存在制造成本提高这样的问题。

(ii)的吸热碳热还原法为将氧化锆的氧用碳还原得到碳化锆的方 法(专利文献1、非专利文献1～3等)。

在专利文献1的现有技术(3)中，记载有一种将氧化锆和碳混合， 放在石墨板上用坦曼氏炉或高频感应电炉加热到2400℃左右的方法。 另外，在现有技术(4)中，记载有一种在含锆矿石(例如锆石)中混 入多于理论量的碳，用电弧熔融炉在还原性气氛中加热到2000℃以上 熔融的方法。在此，在现有技术(3)、(4)中，记载有在2000℃以上 的处理温度熔融，但在坦曼氏炉、高频感应电炉和通常的电弧熔融炉 中难以将炉内整体保持在3000℃以上。因此，熔点约为3500℃的碳化 锆在炉内无法充分地熔化，因此，得到部分烧结了的碳化锆，而无法 高收率地得到碳化锆。

另外，作为涉及碳化锆的文献有专利文献2及3，但专利文献2 仅对以碳化锆粉末(市售品)为起始原料得到碳化锆单晶的工序进行 记载，未提到作为起始原料的碳化锆的制造方法。另外，在专利文献3 中对稳定氧化锆和碳化锆的复合耐火材料进行了记载，但仅记载有将 稳定氧化锆(起始原料)用碳还原，得到部分含有碳化锆的复合物， 未提到碳化锆单体的制造方法。

如上所述，虽然碳化锆粉末在市场有供给，但期望能够更廉价且 高效地制造的方法。从该方面考虑，在非专利文献1及2中，记载有 一种以镁为还原剂，在甲烷气体气氛中由氧化锆合成碳化锆粉末的方 法。另外，在非专利文献3中，记载有一种将四氯化锆用作起始原料， 将碳和碳酸氢钠用作还原剂合成碳化锆粉末的方法。然而，非专利文 献1～3均需要在合成碳化锆粉末后除去杂质(含有还原剂的化合物)。

另外，为了得到碳化锆锭，烧结体等结构体，目前需要以碳化锆 粉末为起始原料，加压成型后，在还原气氛下烧结，不易得到具有高 密度和高硬度的特性的结构体。

碳化锆由于其优异的特性，具有市场需求，但目前市场价格高， 现状是直到现在依然继续进行制造方法的改良。若能够廉价且高效地 得到碳化锆锭，则不依赖于烧结处理，也能够通过将锭粉碎来简便地 得到碳化锆粉末。因此，期望开发廉价且高效地制作碳化锆锭的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-18310号公报

专利文献2：日本特开昭56-134599号公报

专利文献3：日本特开平9-132455号公报

非专利文献

非专利文献1：山根健二等/粉体工学会志Vol.23No.9(1986) 665-670

非专利文献2：池田勉等/窑业协会志Vol.93No.1(1985)7-12

非专利文献3：LEEDong-wonetal./Mater.Trans.Vol.51No.12 (2010)2266-2268

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于，提供一种廉价且高效地制造碳化锆的锭及粉 末的方法。另外，其目的在于，提供一种利用该制造方法所得到的高 密度且高硬度的碳化锆的锭及其粉末。

用于解决课题的方法

本发明的发明人为了实现上述目的反复进行了潜心研究，结果发 现，根据以能够容易地合成的氧化锆和能够廉价地获得的碳为原料的 特定的制造方法，能够实现上述目的，从而完成了本发明。

即，本发明涉及一种下述的碳化锆的锭及粉末的制造方法。