순환하는 극초단파에 의한 TiO2로 부터의 TiN 편집부(외신) 여러 상업적 근원으로 부터의 TiO2 분말이 합성에 사용되어 왔다. 극초단파에 사용되는 TiN분말은 자가 소화 순환 과정을 유도한다. 최초의 TiO2 전구체 분말의 출처와 크기가 생산된 Tin분말의 입자 크기 분포와 최종 조직에 중요한 영향을 갖는다. 열탄소 환원반응과 질산화 과정은 질화물 분말을 생산하기 위해 확립되어 있고 잘 알려진 과정이다. TiN을 제조하기 위한 가능한 방법 중의 하나는 질소 환경 하에서 탄소를 사용하여 TiO2를 환원하는 것이다. TiO2와 탄소를 사용한 TiN의 제조는 많은 연구원들에 의해 일찍 발표되어왔다. 전통적인 과정에서, TiO2는 1300℃이상의 온도에서 TiN을 형성하기 위해 질소 환경 하에서 탄소와 반응한다. 그러나 이 반응의 환성은 수시간까지 소요 되고, 환원 과정동안 TiO2가 몇가지 티탄늄이 풍부한 상으로 변환하고 그들 중에 일부는 Magnell 상으로 명명 되었다. 최근에 우리는 극초단파 가열 과정을 30분 이내의 합성시간으로 단축시키는 과정을 시현하였다. TiO2의 열탄소 환원반응에 첨가된 탄소는 또한 극초단파에 대한 훌륭한 주요 열판으로 작용하고, 그러므로 거대한 몇몇 순서에 의해 가열 속도를 증가시킨다. 더욱 중요하게, TiO2-2C혼합은 우리의 이전 발표에서 자가-소화 현상으로 명명한 가장 놀라운 효과를 일으키고, 이것은 반응속도의 추가적인 증가를 가져온다. 과정, 반응조건, 자가-소화현상에 대한 더 자세한 사항은 이전의 발표에서 찾을 수 있다. 이 논문에서는 여러 상업적 TiO2 분말을 사용하여 열 탄소 질소화 반응을 유도하는 극초단파의 융통성에 대해 연구하고자 한다. 우리는 또한 최초의 원료 TiO2 분말 크기와 변화된 TiN 분말 크기 사이의 상관관계를 밝히려고 시도했다. 고순도의(99.9%) 다섯 가지 다른 상업적 TiO2 최초 분말이 실험을 위해 선택되었다. 그들은 Fisher Scientific Co.(Fair Lawa, N.J.; 0.4 ppm 비소, 0.06% 수용성 염분, 0.008% 철분, 0.008% 납, 0.008% 아연을 포함한 불순물), National Lead Co. (Houston, Texas; 99.9% 순도), Alfa Products (Danvers, Mass ; 99.8% 순도), Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, Wis; 99.9% 순도), Ishihara Sangyo Kaisha Ltd. (Osaka, Japan; 99.9% 순도)로 부터 얻었다. 탄소는 Aldrich Chemical Co.로 부터 받은 활성 목탄 분말을 사용하였다. 탄소 분말의 평균 입자 크기는 8.56nm이고 비표면적은 1.17㎛이며, 여러 TiO2분말이 사용되었다. TiO2-2C 혼합물은 2kW의 극초단파 관형 가마에서 형성 기체 환경(95% N2 + 5% H2) 안에서 반응되었다. 실험 과정에 대한 세부사항은 이전의 논문에서 얻을 수 있다. 40초의 빈도를 가지는 온도 주기의 자가-소화는 모든 경우에 관찰되었고, 30분 동안 지속되었다. 제품의 상은 XRD를 사용하여 얻었다. 반응물과 제품 분말의 입자 크기 분포(PSD)는 입자-크기 분석기(Model CAPA-700, Horiba Ltd, Tokyo)를 사용하여 측정하였다. 이 장비는 액상 침전 작용에 기초를 두고, 측정은 광학 변이를 사용하여 이루어진다. 변화 모드 측정(GRAD) 장치가 모든 시료들에 사용되었다. 입자 크기 측정이전에 시료들은 연한 덩어리로 분해하기 위해 초음파 처리(Branson Ultrasonics, Danbury, Conn.)되었다. 초음파 처리된 시료는 50 mL의 증류수에서 5g의 시료 분말로 분산되었다. 측정은 만족할 만한 정밀도가 얻어질 때 까지 반복되었고, SEM이 제조된 다섯 TiN 분말 모두의 크기와 형태를 분석하기 위해 사용되었다. 결과 및 논의 TiO2와 탄소의 극초단파 흡수 특성이 주어진 입력 전력에서 특성 시간과 온도의 곡선으로부터 연구되었다. 순수 탄소와 여러 비율의 TiO2와 탄소의 혼합물의 가열 속도 분석이 결정되었다. 탄소의 최초 가열 속도는 높은 유전체 손실의 요소이지만 이러한 높은 손실의 근본적인 이유는 아직 밝혀지지 않았다. 순수 TiO2는 비교적 낮은 손실 요소를 가지는 절연체이고 상온에서 극초단파를 흡수하지 않는 것처럼 보인다. 그러나 TiO2와 탄소의 혼합물에 대한 가열 특성은 매우 놀랄만하다. 혼합물은 언제나 순수 탄소와 비교하여 높은 온도를 나타내고, 이것은 이전의 논문에서 언급되었듯이 부동열 가열에 기인한다. 1700W의 입력 전력에서 혼합물은 격렬하게 반응한다. 이것은 본질적으로 높은 발열성이다. 시간-온도 곡선에서 나타나듯이 모든 요소가 일정할 경우에 이것은 넓은 온도의 주기적 변동을 나타낸다. 극초단파 전원이 멈출 경우 자가-소화 효과는 순간적으로 사라진다. 일반적으로 20분의 시간이 TiO2:C=1:2의 혼합물을 사용하여 TiO2을 순수한 TiN으로 완전한 변환을 얻기 위해 필요하다. 1300도에서 전형적인 가마에서 반응이 행해진다면 4시간 이상이 필요하다. 전형적인 반식은 다음의 방적식에 의해 표현된다. TiO2 + 2C + 0.5N2(g) → TiN + 2CO(g) TiO2 + 2CO(g) + 0.5N2(g) → TiN + 2CO3(g) 극초단파 가열에서, 중간 생성물의 비화학량적 상은 극초단파 흡수와 추가로 발생하는 반응에 매우 중요하다. 극초단파와 전형적인 가열사이의 반응 과정에서 근본적인 차이가 나타난다. 30분간의 자가-소화 후에 XRD는 단지 순수한 TiN상의 존재를 나타낸다. 평균 TiO2 입자크기와 변환된 TiN 입자 크기를 비교하는 그래프가 준비되었고, 덩어리의 함량은 분말 마다 다르다. 목탄 분말의 측정으로 입자의 약 40%가 10에서 20㎛사이의 크기를 가진다는 것을 알 수 있다. Fisher Scientific에서 받은 TiO2 분말은 덩어리를 가지지 않고 평균 0.37㎛의 입자크기를 가진다. Fisher Scientific TiO2 분말 PSD는 입자의 35%가 0.3에서 0.4㎛의 크기를 가진다. 이 분말로부터 제조된 TiN은 대략 입자의 20%가 1에서 2㎛의 크기를 가진다. 그러나 이러한 결과는 National Lead Corp.로부터 받은 TiO2와는 다소 차이를 나타낸다. National Lead의 원료 분말은 거의 덩어리를 포함하지 않고, 입자의 72%가 0.3에서 2㎛까지의 크기를 가진다. 이 입자로 제조된 TiN은 10㎛이상의 단단한 덩어리가 25%이다. 처음 두개의 원료 분말과는 반대로, Alfa Products에서 받은 TiO2는 큰 입자와 단단한 덩어리들을 포함하고 있어서 평균 입자크기가 7.05㎛로 증가하였다. 이 분말로 제조된 TiN의 평균 입자 크기 또한 높은 5.33㎛를 나타낸다. 그러나 PSD와 SEM 분석에서 많은 덩어리를 포함하고 있는 분말은 분말 전체에 분포되어져 있고, 그러므로 높은 평균 입자 크기를 가지는 원인이 된다는 것을 알 수 있다. Aldrich Chemical로부터 받은 분말은 높은 단일 피크를 가지고 입자는 0.2에서 0.3㎛ 상에서 관찰되는 45%의 날카로운 최고치를 가진 좁은 범위에 분포한다. 원료 분말과는 다르게 이 분말에서 제조된 TiN은 이중 피크를 가지고 최초의 피크는 0.8㎛주위에 나타나고 두번째 피크는 8㎛ 주위에 나타난다. 이 TiN의 평균 입자 크기는 0.99㎛이다. 이 실험에 사용된 마지막 TiO2 원료 분말은 Ishihara로부터 받았다. 원료 분말의 평균 입자 크기는 0.27㎛이고 덩어리는 포함하지 않았다. 이 분말로 제조된 TiN의 PSD는 0.03에서 10㎛의 넓은 범위를 가진다. Ishihara Corp. 분말로부터 제조된 TiN은 다른 원료 분말로부터 제조된 TiN과는 다른 특성을 나타냈다. 모든 다섯 가지 TiN 분말에 대한 SEM 현미경 사진이 만들어졌고, National Lead Co.와 Aldrich Chemical로부터의 TiO2로 제조된 TiN이 다른 분말에 비해 비교적 구형을 나타냈다. Fisher Scientific Co.로부터의 TiO2로 제조된 입자는 더 균일한 분포를 나타냈고, 또한 입자크기 분석 그래프에서도 알 수 있다. 그러나 Ishihara 분말로부터 제조된 TiN은 다른 모든 분말과 비교할 때 형태적 차이를 나타내었다. 이러한 모든 실험으로 인해, 모든 다른 실험 조건이 동일함에도 불구하고 최초의 원료 분말이 최종 분말 제품에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 복잡한 반응 온도는 TiO2의 용융점(금홍석에 대해 1840도)근처에서 나타나지 않았고, 이것은 극초단파 열탄소 반응이 필수적으로 증기-고체 반응을 수반하고 어떠한 액상 중간 매개체도 형성하지 않는 다는 것을 의미한다. 단단한 덩어리의 형성에 대한 원인은 아직 밝혀 지지 않았다. 결론적으로 미세한 원료 TiO2분말은 대부분의 경우 약하게 연결된 덩어리와 함께 미세하게 분포된 TiN분말을 생산하게 하고 조대한 원료 분말은 덩어리와 큰 TiN 분말을 산출한다. 결론 이 논문에서, 우리는 극초단파로 유도된 자가-소화 과정을 통하여 여러 상업적 분말에서 TiN 분말의 제조에 대해 증명하여 이 과정의 다용성에 대해 설명하였다. 실험에서 명백히 동일한 실험 조건에도 불구하고 최초 원료 분말의 특성이 TiN 분말의 형태, 크기, 분포에 중요한 영향을 미친다는 것을 설명하였다. (ACB 8월호) 여러 TiO2,C의 비율을 가지는 TiO2 + C혼합물의 가열속도와 시간 그래프. ((◇)탄소,(●) TiO2+C, (▲) TiO2+2C, (■) TiO2+3C), 순수 TiO2는 상온에서 극초단파를 거의 흡수하지 않는 반면, TiO2+2C, 혼합물은 1200도 이하에서 자가-소화 현상을 나타낸다. 극초단파에 의해 유도된 연탄소 과정에서 반응 과정을 묘사한 XRD 패턴. 단지 20분의 반응시간으로 순수하고 높은 결정의 TiN(C2TiO2-2: (○)Ti3O3, (□)TiN)이 제조되었다. 여러 상업적 원료로부터의 TiO2분말의 평균 입자 크기와 적절한 분말로부터 제조된 TiN 분말 제품의 비교 여러 원료 TiO2분말로부터 제조된 TiN 분말 입자의 SEM 현미경 사진