《티탄에 대한 연구를 빨리 완성하여 그 성과를 공업화하기 위한 적극적인 대책을 세우며 유압에 대한 연구성과를 기계공업부문에 적용하는데서 나서는 기술적문제도 풀어야 하겠습니다.》 (
티탄에 대한 연구를 빨리 완성하여 그 성과를 공업화하기 위하여 우리는 우리 나라에 풍부한 TiO2 분말을 원료로 하여 비교적 낮은 온도에서도 TiC경질합금제조에 필요한 TiC분말을 제조할수 있는 기술을 개발하고 그 공정을 확립하였다.
TiO2분말과 아세틸렌흑을 원료로 한 직접반응에 의한 탄소고열환원법 에서는 2 000~ 2 200℃의 고온하에서만 TiC분말을 제조할수 있다.
TiO2분말과 아세틸렌흑분말의 배합량을 결정하였다. 원료로서는 TiO2분말 (99%, 3~5㎛)과 아세틸렌흑(탄소함량 98%), Ni분말(순도는 99%)을 리용하였다.
아세틸렌흑의 배합량은 TiO2+3C=TiC+2CO↑의 반응식으로부터 계산하였다. 아세틸렌흑의 배합량은 31.08질량%이고 이때 얻어지는 TiC에서 리론탄소 함량은 20.05질량%였다. 리론탄소함량을 100%로 볼 때 실제 아세틸렌흑의 배합량은 리론탄소함량의 96~98%로 하면 유리탄소함량이 적었다. 즉 원료 분말에서 TiO2과 아세틸렌흑의 질량비는 2.3~2.5:1이고 전체 혼합량의 0.5%에 해당한 Ni분말을 첨가하고 습식분쇄를 하였다.
1 850~1 900℃의 온도, 수소분위기속의 관식흑연전기로에 뽀드에 채운 혼합물을 넣고 탄화를 하면서 Ni의 첨가가 TiO2분말의 탄화시간에 미치는 영향을 연구하였다.
Ni를 0.5% 첨가한 시료에 대하여서 1 850~1 900℃의 온도에서 각각 2h, 2.5h, 3h동안 탄화를 진행하고 그에 대하여 해석하였다.
탄화는 표면으로부터 시작하여 점차 내부로 진행되며 이때 탄화과정에서 다음과 같은 공통적인 특징을 찾아볼수 있다.
우선 탄화초기에 TiO2과 아세틸렌흑+촉매로 이루어진 표면이 검은색으로부터 은백색으로 변하며 탄화시간이 증가하는데 따라 TiC로 탄화된 은백색의 겉면층두께는 증가하고 내부로 들어가면서 얇은 층의 연한 검은색(록색)이 존재하며 중심은 전부 검은색의 TiO와 C로 이루어져있다는것을 알수 있다.(그림 1)
TiO2의 탄화에서 Ni의 작용에 대하여 다음과 같이 해석할수 있다.
높은 온도에서 CO 혹은 탄화수소화합물기체는 완전히 분해되고 TiC의 형성과정은 주로 고상반응에 의거하여 진행된다. 탄화과정에 생기는 일산화 탄소와 탄소화수소화합물은 그리 높지 않은 온도에서 이미 탄소와 수소로 분해되며 분해된 탄소는 분산성이 매우 강한 아세틸렌흑립자우에 침적되여 아세틸렌흑의 흑연화를 일으키고 그것의 표면활성을 낮춘다. 이리하여 TiC의 생성반응속도를 낮추고 심한 경우에는 생성과정을 정지시키며 지어는 반대 방향의 반응이 진행되게 한다.
Ni를 첨가하는 경우 Ni는 생성되는 TiC와 고용체를 형성하고 이 고용체는 아세틸렌흑의 흑연화를 방해하며 결과 탄화의 역반응이 일어나지 못하도록 한다. 이러한 작용으로 하여 1 850~1 900℃의 낮은 온도에서도 탄화속도가 빨라져 생성물에 흑심이 존재하지 않는다.
뽀드의 크기가 φ50mm×200mm일 때 완전히 탄화되는 시간은 3h이였다. 다음으로 Ni를 촉매로 하여 1 850~1 900℃의 온도에서 3h동안 탄화하여 얻은 분말에 대한 X선상분석을 하였다.(그림 2)
Ni를 촉매로 하여 1 850~1 900℃의 온도에서 제조한 TiC분말에는 TiO2에 해당한 회절봉우리는 전혀 나타나지 않았으며 이로부터 1 850~1 900℃의 온도에서 3h이면 좋은 TiC분말을 얻을수 있었다. 따라서 질이 좋은 TiC분말을 얻기 위해서는 탄화시간을 3h정도로 하여야 한다.
