JPH01184033A - 立方晶窒化ほう素の製造方法 - Google Patents
立方晶窒化ほう素の製造方法Info
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- JPH01184033A JPH01184033A JP63007575A JP757588A JPH01184033A JP H01184033 A JPH01184033 A JP H01184033A JP 63007575 A JP63007575 A JP 63007575A JP 757588 A JP757588 A JP 757588A JP H01184033 A JPH01184033 A JP H01184033A
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Classifications
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
-
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- B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
- B01J2203/0645—Boronitrides
-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は立方晶窒化ほう素（ＣＯＮ）の無触媒直接転換
法による製造方法、特に原料の低圧相窒化ほう素として
熱分解窒化ほう素（Ｐ−ＢＮ）を用いる方法に関するも
のである。
法による製造方法、特に原料の低圧相窒化ほう素として
熱分解窒化ほう素（Ｐ−ＢＮ）を用いる方法に関するも
のである。
（従来の技術）
窒化ほう素の高圧相であるＣＢＮはダイヤモンドに次ぐ
硬さ、および熱伝導率を有し、また化学的に安定である
ことから、鉄系金属の機械加工用工具および半導体デバ
イスの放熱基板としての利用が進められている。
硬さ、および熱伝導率を有し、また化学的に安定である
ことから、鉄系金属の機械加工用工具および半導体デバ
イスの放熱基板としての利用が進められている。
普通ＣＢＮは窒化ほう素（ＢＮ）の低圧相である六方晶
ＢＮ （ｈＢＮ）もしくは乱層構造ＢＮ（ｔｌｌＮ）を
高圧高温処理することにより得られるが、転換のための
圧力、温度条件として例えば６，５万気圧、２１００℃
以上の非常に厳しい条件が要求されるため、工業的には
触媒を用いて転換条件を４〜５万気圧、１５００℃程度
の比較的穏やかなものとすることが行われている。この
方法により単結晶型のＣＢＮ粒子が生成され、そのまま
砥石などの研削工具の砥粒として用いられている。また
、微細なＣＢＮ粒子を高圧、高温下に焼結すると切削工
具用焼結体が得られるが、ＣＢＮは単体では焼結しにく
いため金属やセラミックスなどの結合助剤と混合して焼
結する必要がある。現在工業的に利用されているＣＢＮ
はそのほとんどが上述の方法で製造されているが、触媒
の取込みおよび焼結用結合助剤の存在がＣＢＮ本来の特
性を低下させるという問題があり、このため触媒および
焼結助剤を用いない無触媒直接転換法（以下、直接法）
により、ＣＢＨの粒子および焼結体の製造をより穏やか
な条件下に実現することが望まれている。直接法による
Ｃ、Ｂ Ｎは微細粒子から構成された多結晶体で、高硬
度、高純度、高熱伝導性、高靭性などの特徴が期待され
、工具材料、放熱基板として優れた特性を発揮するもの
と期待される。
ＢＮ （ｈＢＮ）もしくは乱層構造ＢＮ（ｔｌｌＮ）を
高圧高温処理することにより得られるが、転換のための
圧力、温度条件として例えば６，５万気圧、２１００℃
以上の非常に厳しい条件が要求されるため、工業的には
触媒を用いて転換条件を４〜５万気圧、１５００℃程度
の比較的穏やかなものとすることが行われている。この
方法により単結晶型のＣＢＮ粒子が生成され、そのまま
砥石などの研削工具の砥粒として用いられている。また
、微細なＣＢＮ粒子を高圧、高温下に焼結すると切削工
具用焼結体が得られるが、ＣＢＮは単体では焼結しにく
いため金属やセラミックスなどの結合助剤と混合して焼
結する必要がある。現在工業的に利用されているＣＢＮ
はそのほとんどが上述の方法で製造されているが、触媒
の取込みおよび焼結用結合助剤の存在がＣＢＮ本来の特
性を低下させるという問題があり、このため触媒および
焼結助剤を用いない無触媒直接転換法（以下、直接法）
により、ＣＢＨの粒子および焼結体の製造をより穏やか
な条件下に実現することが望まれている。直接法による
Ｃ、Ｂ Ｎは微細粒子から構成された多結晶体で、高硬
度、高純度、高熱伝導性、高靭性などの特徴が期待され
、工具材料、放熱基板として優れた特性を発揮するもの
と期待される。
これまでに報告されている直接法によるＣＢＮの製造法
としては次の文献がある。
としては次の文献がある。
文献ｉ）若槻ら：“シンセシス・オプ・ポリクリスタラ
イン・キュービック・ボロン・ナイトライド”、「マテ
リアルス・リサーチ・プルチン（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ） Ｊ 、 ７
．９９９〜文献ｉｉ）市瀬ら：“シンセシス・オプ・ポ
リクリスタライン・キュービック・ボロン・ナイトライ
ド（Ｖ）”、ｒプロシーデインゲス・オプ・フォース・
インターナショナル・コンファレンス・オブ・ハイ・プ
レッシャ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ４ｔｈＩｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
ｌｌｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ） ４４３６〜４４０
（１９７４） 文献ｉｉｉ ）コリガン、特開昭５４−３３５１０号公
報文献ｉには、低結晶性のＢＮを出発原料として１２５
０°Ｃ以上の温度および６０ｋｂａｒ （約６万気圧）
以上の圧力で処理することにより「ランプ（ｌｕｍｐ）
Ｊ状ＣＢＮが得られたことが報告されている。しかし
、この例では）１２０が触媒として作用した可能性が指
摘され（福長修「立方晶窒化ホウ素の合成と応用」。
イン・キュービック・ボロン・ナイトライド”、「マテ
リアルス・リサーチ・プルチン（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ） Ｊ 、 ７
．９９９〜文献ｉｉ）市瀬ら：“シンセシス・オプ・ポ
リクリスタライン・キュービック・ボロン・ナイトライ
ド（Ｖ）”、ｒプロシーデインゲス・オプ・フォース・
インターナショナル・コンファレンス・オブ・ハイ・プ
レッシャ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ４ｔｈＩｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
ｌｌｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ） ４４３６〜４４０
（１９７４） 文献ｉｉｉ ）コリガン、特開昭５４−３３５１０号公
報文献ｉには、低結晶性のＢＮを出発原料として１２５
０°Ｃ以上の温度および６０ｋｂａｒ （約６万気圧）
以上の圧力で処理することにより「ランプ（ｌｕｍｐ）
Ｊ状ＣＢＮが得られたことが報告されている。しかし
、この例では）１２０が触媒として作用した可能性が指
摘され（福長修「立方晶窒化ホウ素の合成と応用」。
セラミックデータブック “８５．４３１〜４３６ （
１９８５）参照）、ｔた追試例も無く、不明な点が多い
。
１９８５）参照）、ｔた追試例も無く、不明な点が多い
。
文献ｉｉでは、熱分解窒化ほう素（ＰＢＮあるいはＰ−
ＢＮと略記される）を出発原料とし１８００〜１９００
°Ｃの温度および６９ｋｂａｒ （約６．９万気圧）の
圧力で直接転換する方法が試みられているが、完全なＣ
ＢＮへの転換は達成されていない。
ＢＮと略記される）を出発原料とし１８００〜１９００
°Ｃの温度および６９ｋｂａｒ （約６．９万気圧）の
圧力で直接転換する方法が試みられているが、完全なＣ
ＢＮへの転換は達成されていない。
文献ｉｉｉには、Ｐ−ＢＮの成形体を１８００℃以上の
温度および５０ｋｂａｒ以上の圧力で高温高圧処理する
ことにより、ＣＢＮ焼結体が得られることが報告されて
いる。上述の他にも触媒を使用せずにＣＢＮを製造する
方法に関する報告は数例あるが、それらはいずれも、例
えば、１８００℃以上の温度あるいは６０ｋｂａｒ以上
の圧力といった厳しい条件下での高温高圧処理によりＣ
ＢＮを製造する方法であり、工業的生産には不適当であ
る。
温度および５０ｋｂａｒ以上の圧力で高温高圧処理する
ことにより、ＣＢＮ焼結体が得られることが報告されて
いる。上述の他にも触媒を使用せずにＣＢＮを製造する
方法に関する報告は数例あるが、それらはいずれも、例
えば、１８００℃以上の温度あるいは６０ｋｂａｒ以上
の圧力といった厳しい条件下での高温高圧処理によりＣ
ＢＮを製造する方法であり、工業的生産には不適当であ
る。
一方、上述の文献ｉｉの方法では原料としてＰ−ＢＮを
使用している。Ｐ−ＢＮとは化学気相蒸着（ＣＶＤ）法
により製造された低圧相窒化ほう素であり、るつぼある
いは板などの形状で市販されている。従来のＰ−ＢＮは
完全な六方晶ではなく、いわゆる乱層構造突あり、Ｃ軸
方向の眉間距離もｈＢＮよりも太きく ３．４０人程度
であり、また密度が約２．ｌＯ〜２．１８ ｇ ／ｃｍ
３、結晶子の大きさが５０〜１００人、純度が９９．９
９％以上である（文献ｉｉでは、これをＵ−ＰＢＮと呼
んでいる）。また、従来の他のＰ−ＢＮとしは、上述の
１ｌ−ＰＢＮを米国特許第３．５７８．４０３号明細書
に開示されている方法に従って、不活性雰囲気下に２２
５０°Ｃ以上の温度および５０００ｐｓｉ （３４０気
圧）以上の圧力で熱間圧縮することにより得られるＣ軸
方向の眉間距離が３．３３人、密度が２．２８ｇ／ｃｍ
” 、純度が９９．９９％以上のＰ−ＢＮがある（文献
市ではこれをＲ−ＰＢＮと呼んでいる）。文献ｉｉには
、文献ｉｉと同様に上述の一般的なＰ−ＢＮ （ＩＩ−
ＰＢＮおよびＲ−ＰＢＮ ）を直接高温高圧処理してＣ
ＢＮ焼結体を製造する場合において、このＰ−ＢＮが焼
結を阻害する不純物を殆ど含まないために強固なＣＢＮ
焼結体が製造可能であることが述べられており、この場
合の高温高圧処理条件は特許請求の範囲中には１８００
℃以上の温度および５０ｋｂａｒ （約５万気圧）以上
の圧力とされているが、発明の詳細な説明の記載に従え
ば約１８００℃〜２０００°Ｃまたはそれ以上の温度お
よび６０ｋｂａｒ以上とされている。また実施例の記載
に従えば１５８０℃。
使用している。Ｐ−ＢＮとは化学気相蒸着（ＣＶＤ）法
により製造された低圧相窒化ほう素であり、るつぼある
いは板などの形状で市販されている。従来のＰ−ＢＮは
完全な六方晶ではなく、いわゆる乱層構造突あり、Ｃ軸
方向の眉間距離もｈＢＮよりも太きく ３．４０人程度
であり、また密度が約２．ｌＯ〜２．１８ ｇ ／ｃｍ
３、結晶子の大きさが５０〜１００人、純度が９９．９
９％以上である（文献ｉｉでは、これをＵ−ＰＢＮと呼
んでいる）。また、従来の他のＰ−ＢＮとしは、上述の
１ｌ−ＰＢＮを米国特許第３．５７８．４０３号明細書
に開示されている方法に従って、不活性雰囲気下に２２
５０°Ｃ以上の温度および５０００ｐｓｉ （３４０気
圧）以上の圧力で熱間圧縮することにより得られるＣ軸
方向の眉間距離が３．３３人、密度が２．２８ｇ／ｃｍ
” 、純度が９９．９９％以上のＰ−ＢＮがある（文献
市ではこれをＲ−ＰＢＮと呼んでいる）。文献ｉｉには
、文献ｉｉと同様に上述の一般的なＰ−ＢＮ （ＩＩ−
ＰＢＮおよびＲ−ＰＢＮ ）を直接高温高圧処理してＣ
ＢＮ焼結体を製造する場合において、このＰ−ＢＮが焼
結を阻害する不純物を殆ど含まないために強固なＣＢＮ
焼結体が製造可能であることが述べられており、この場
合の高温高圧処理条件は特許請求の範囲中には１８００
℃以上の温度および５０ｋｂａｒ （約５万気圧）以上
の圧力とされているが、発明の詳細な説明の記載に従え
ば約１８００℃〜２０００°Ｃまたはそれ以上の温度お
よび６０ｋｂａｒ以上とされている。また実施例の記載
に従えば１５８０℃。
６５ｋｂａｒ （約６．５万気圧）では３０分間処理し
てもＣＢＮの転換が起こらず（実施例４．試験４Ａ）
、２１００°Ｃ以上および６５ｋｂａｒ以上の厳しい高
温高圧処理条件が必要である。従って、文献ｉｉｉの方
法は工業的生産には不適当である。
てもＣＢＮの転換が起こらず（実施例４．試験４Ａ）
、２１００°Ｃ以上および６５ｋｂａｒ以上の厳しい高
温高圧処理条件が必要である。従って、文献ｉｉｉの方
法は工業的生産には不適当である。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明の目的は、直接転換法によるＣＢＮの合成を従来
方法より低温・低圧の条件下に可能ならしめ、従来方法
では工業的生産性が低いために実用化されていなかった
高純度ＣＯＮを効率的に製造し、ＣＢＮ本来の特性が発
揮されるＣＢＮの粒子またはその焼結体を得ることにあ
る。
方法より低温・低圧の条件下に可能ならしめ、従来方法
では工業的生産性が低いために実用化されていなかった
高純度ＣＯＮを効率的に製造し、ＣＢＮ本来の特性が発
揮されるＣＢＮの粒子またはその焼結体を得ることにあ
る。
（問題点を解決するための手段）
本発明者等はＣＢＨの無触媒直接転換法による製造方法
、特に原料として使用するＰ−ＢＮ、すなわち低圧相窒
化ほう素である六方晶窒化ほう素の合成方法、およびこ
の原料の特性とＣＢＮの転換条件との関係について検討
した結果、熱間圧縮などの後処理を行わすとも結晶性が
極めて高く、はぼ完全な六方晶窒化ほう素の結晶構造を
有する高純度窒化ほう素をＣＶＤ法により合成する技術
を見出すとともに、これを原料とすることによって、従
来よりも穏やかな高温高圧条件下にＣＢＮへの転換が可
能となることを見出し、本発明に至ったものである。
、特に原料として使用するＰ−ＢＮ、すなわち低圧相窒
化ほう素である六方晶窒化ほう素の合成方法、およびこ
の原料の特性とＣＢＮの転換条件との関係について検討
した結果、熱間圧縮などの後処理を行わすとも結晶性が
極めて高く、はぼ完全な六方晶窒化ほう素の結晶構造を
有する高純度窒化ほう素をＣＶＤ法により合成する技術
を見出すとともに、これを原料とすることによって、従
来よりも穏やかな高温高圧条件下にＣＢＮへの転換が可
能となることを見出し、本発明に至ったものである。
本発明において原料として使用する低圧相窒化ほう素で
あるＰ−ＢＮはＣＶＤ法によって合成されるが、従来の
ＣＶＤ法ＢＮであるＰ−ＢＮとは異なり、六方晶ＢＮに
特有の六角鱗片状微粒子がランダムに配向した微構造を
有し、Ｒ−ＰＢＮの受けているような熱間圧縮処理を受
けていない、ＣｖＤされたままの状態において、Ｃ軸方
向の眉間距離が３．３５Å以下であり、密度が２．１８
ｇ／ａｍ３より大きく、Ｃ軸方向の結晶子の大きさが１
０００Å以上であり、かつ純度が９９．９９５％以上と
いう特性を有する。
あるＰ−ＢＮはＣＶＤ法によって合成されるが、従来の
ＣＶＤ法ＢＮであるＰ−ＢＮとは異なり、六方晶ＢＮに
特有の六角鱗片状微粒子がランダムに配向した微構造を
有し、Ｒ−ＰＢＮの受けているような熱間圧縮処理を受
けていない、ＣｖＤされたままの状態において、Ｃ軸方
向の眉間距離が３．３５Å以下であり、密度が２．１８
ｇ／ａｍ３より大きく、Ｃ軸方向の結晶子の大きさが１
０００Å以上であり、かつ純度が９９．９９５％以上と
いう特性を有する。
（作 用）
従来のＰ−ＢＮはＣＶＤ法によって製造される配向性の
低圧相窒化ほう素の連続膜からなり、積層構造をもった
厚さ数園程度の板などとして市販されている。ＣＶＤ法
によるＰ−ＢＮの製造は、例えば米国特許第３．１５２
，００６号明細書に開示されているように、三塩化ほう
素（ＢＣｌ ｓ）などのハロゲン化ほう素ガスとアンモ
ニアガスとを原料とし、５０Ｔｏｒｒ以下の減圧下に１
４００〜２３００°Ｃの温度で、黒鉛などの基材の表面
上に低圧相窒化ほう素を気相から析出させることにより
行われている。このような従来のＰ−ＢＮの特性は、文
献ｉｉｉにも記載されているように、純度９９．９９十
％、密度２．１０〜２．１８ｇ／ｃｍ３で、かつ選択配
向性がＣ軸方向で５０〜１００°とかなり高度に配向し
ており、しかも乱層構造という結晶性の低い結晶構造を
有するものであった。
低圧相窒化ほう素の連続膜からなり、積層構造をもった
厚さ数園程度の板などとして市販されている。ＣＶＤ法
によるＰ−ＢＮの製造は、例えば米国特許第３．１５２
，００６号明細書に開示されているように、三塩化ほう
素（ＢＣｌ ｓ）などのハロゲン化ほう素ガスとアンモ
ニアガスとを原料とし、５０Ｔｏｒｒ以下の減圧下に１
４００〜２３００°Ｃの温度で、黒鉛などの基材の表面
上に低圧相窒化ほう素を気相から析出させることにより
行われている。このような従来のＰ−ＢＮの特性は、文
献ｉｉｉにも記載されているように、純度９９．９９十
％、密度２．１０〜２．１８ｇ／ｃｍ３で、かつ選択配
向性がＣ軸方向で５０〜１００°とかなり高度に配向し
ており、しかも乱層構造という結晶性の低い結晶構造を
有するものであった。
これに対し、本発明に用いるＰ−ＢＮは例えば圧力２Ｔ
ｏｒｒ以下、温度１９５０’Ｃ以上、蒸着速度１００
ｕｒｎ／ｈｒ以下において、特に原料であるＢＣｆ３お
よびＮ１１３ガスを高流速の具体的には１００ ｍ７秒
以上のジェット流として基材上に吹きつけることによっ
て製造される。この条件は、従来のＰ−ＢＮの製造条件
と比較して、高温かつ蒸着速度が小さく、しかも原料ガ
スをジェット状に吹きつける点に特徴がある。
ｏｒｒ以下、温度１９５０’Ｃ以上、蒸着速度１００
ｕｒｎ／ｈｒ以下において、特に原料であるＢＣｆ３お
よびＮ１１３ガスを高流速の具体的には１００ ｍ７秒
以上のジェット流として基材上に吹きつけることによっ
て製造される。この条件は、従来のＰ−ＢＮの製造条件
と比較して、高温かつ蒸着速度が小さく、しかも原料ガ
スをジェット状に吹きつける点に特徴がある。
これらの条件が一つでも満たされていない場合には、即
ち、温度が低かったり、蒸着速度が早すぎたり、あるい
は原料ガス流速が遅すぎると、本発明方法の原料として
使用できる高結晶性ＢＮは得られず、従来型のＰ−ＢＮ
、即ち乱層構造でかつ配向したＢＮＬか得られない。一
般にＰ−ＢＮは通常のｈＢＮとは異なり製造原料がガス
であるので、原料ガスの純度を上げることにより容易に
高純度のものを得ることができる。
ち、温度が低かったり、蒸着速度が早すぎたり、あるい
は原料ガス流速が遅すぎると、本発明方法の原料として
使用できる高結晶性ＢＮは得られず、従来型のＰ−ＢＮ
、即ち乱層構造でかつ配向したＢＮＬか得られない。一
般にＰ−ＢＮは通常のｈＢＮとは異なり製造原料がガス
であるので、原料ガスの純度を上げることにより容易に
高純度のものを得ることができる。
従来のＰ−ＢＮは上述の理由により例えば９９．９９％
以上の高い純度であったが、Ｃ軸方向の層間距離は３．
４０Å以上と大きく結晶性は低かった。一方、米国特許
第３．５７８．４０３号明細書に開示されている方法に
従い、従来のＰ−ＢＮを不活性雰囲気下に２２５０°Ｃ
以上の温度および５０００ｐｓｉ （３４０気圧）以上
の圧力で熱間圧縮することにより高結晶性のＰ−ＯＮ’
が得られるが、この方法では熱処理温度が２２５０°Ｃ
以上と高く、かつＰ−ＢＮが圧力媒体である黒鉛と接し
ているために、Ｐ−ＢＮが分解してほう素が生成したり
、黒鉛からの炭素などのような不純物の混入が生じたり
するので、生成するＰ−ＢＮの純度が低下する。
以上の高い純度であったが、Ｃ軸方向の層間距離は３．
４０Å以上と大きく結晶性は低かった。一方、米国特許
第３．５７８．４０３号明細書に開示されている方法に
従い、従来のＰ−ＢＮを不活性雰囲気下に２２５０°Ｃ
以上の温度および５０００ｐｓｉ （３４０気圧）以上
の圧力で熱間圧縮することにより高結晶性のＰ−ＯＮ’
が得られるが、この方法では熱処理温度が２２５０°Ｃ
以上と高く、かつＰ−ＢＮが圧力媒体である黒鉛と接し
ているために、Ｐ−ＢＮが分解してほう素が生成したり
、黒鉛からの炭素などのような不純物の混入が生じたり
するので、生成するＰ−ＢＮの純度が低下する。
このような処理を受けたＰ−ＢＮ（Ｒ−ＰＢＮ）は高度
に配向し、選択配向性がＣ軸方向で２〜０°と高く、そ
の微構造は積層構造である。
に配向し、選択配向性がＣ軸方向で２〜０°と高く、そ
の微構造は積層構造である。
このような従来のＰ−ＢＮ（Ｕ−ＰＢＮおよびＲ−ＰＢ
Ｎ）に対し、先に述べた条件で作られる本発明方法の原
料であるＰ−ＢＮは、先ず、その微構造が配向した積層
構造ではなく、六方晶ＢＨの六角鱗片状粒子がほぼ完全
にランダムに配向した構造で、配向性はＣ軸方向で１０
０°以上となり殆ど認められない、またその結晶性がＣ
ｖ口されたままの状態ですでに高（、Ｃ軸方向の層間距
離が３．３５Å以下であり、密度が２、１８ ｇ ／Ｃ
ｍ３よりも大きく、Ｃ軸方向の結晶子の大・きさが１０
００Å以上であり、かつ遊離のほう素および炭素などを
含まず、純度が９９．９９５％以上であって高純度であ
る。以上の点が本発明方法の原料であるＰ−ＢＮと従来
のＰ−ＢＮとの相違点である。
Ｎ）に対し、先に述べた条件で作られる本発明方法の原
料であるＰ−ＢＮは、先ず、その微構造が配向した積層
構造ではなく、六方晶ＢＨの六角鱗片状粒子がほぼ完全
にランダムに配向した構造で、配向性はＣ軸方向で１０
０°以上となり殆ど認められない、またその結晶性がＣ
ｖ口されたままの状態ですでに高（、Ｃ軸方向の層間距
離が３．３５Å以下であり、密度が２、１８ ｇ ／Ｃ
ｍ３よりも大きく、Ｃ軸方向の結晶子の大・きさが１０
００Å以上であり、かつ遊離のほう素および炭素などを
含まず、純度が９９．９９５％以上であって高純度であ
る。以上の点が本発明方法の原料であるＰ−ＢＮと従来
のＰ−ＢＮとの相違点である。
本発明の原料とは異なる原料を使用して触媒を使用せず
にＣＢＮを製造する場合には、例えば文献山の実施例の
ように、２１００°Ｃ以上の温度および６５ｋｂａｒ以
上の圧力のような厳しい条件下での高温高圧処理が必要
であって工業生産に適さないが、本発明方法の原料を用
いると例えば１５００〜２１００℃および５〜６万気圧
のような生産性に優れた温度圧力条件で触媒を使用せず
にＣＢＮの製造が可能となる。
にＣＢＮを製造する場合には、例えば文献山の実施例の
ように、２１００°Ｃ以上の温度および６５ｋｂａｒ以
上の圧力のような厳しい条件下での高温高圧処理が必要
であって工業生産に適さないが、本発明方法の原料を用
いると例えば１５００〜２１００℃および５〜６万気圧
のような生産性に優れた温度圧力条件で触媒を使用せず
にＣＢＮの製造が可能となる。
このような穏やかな条件でもＣＢＮへの直接転換−が可
能になるのは次の理由によると考えられる。
能になるのは次の理由によると考えられる。
先ず、従来のＰ−ＢＮと本発明の原料であるＰ−ＢＮの
大きな差異としては、構造上の異方性の有無がある。
大きな差異としては、構造上の異方性の有無がある。
低圧相ＢＮからＣＢＮへの転換は、低圧相の大方晶型Ｂ
Ｎの（００１）面内に六角網面を形成する形で配列され
たＢおよびＮ原子が互いに逆方向に面外にシフトするこ
とにより起こると考えられるが、ここで原料の低圧相Ｂ
Ｎが配向していると、たとえ静水圧的に圧力が加えられ
たとしても、転換に有効に作用するのは配向面に垂直な
圧力成分のみとなる。
Ｎの（００１）面内に六角網面を形成する形で配列され
たＢおよびＮ原子が互いに逆方向に面外にシフトするこ
とにより起こると考えられるが、ここで原料の低圧相Ｂ
Ｎが配向していると、たとえ静水圧的に圧力が加えられ
たとしても、転換に有効に作用するのは配向面に垂直な
圧力成分のみとなる。
これに対し、本発明の原料であるＰ−ＢＮは配向性が無
いので、圧力成分が有効に利用でき、これが転換条件を
穏やかにする一つの理由になっていると思われる。次に
、原料である低圧相窒化ほう素の結晶性が低い場合（Ｕ
−ＰＢＮ）に該低圧相窒化ほう素をＣＯＮに転換するに
は、厳しい高温高圧処理条件が必要であり、その理由は
先ず低結晶性の無秩序な原子配置から結晶性の高いｈＰ
Ｎの状態に変化し、しかる後にＣＢＮに転換すると考え
られ、この第１段階の結晶性の高い状態への変化には極
めて大きいエネルギーが必要であるからであると考えら
れる。また、原料である低圧相窒化ほう素の純度が低い
場合（Ｒ−ＰＢＮ） 、結晶格子内の所々に存在する不
純物原子は、低圧相窒化ほう素がＣＢＮへ転換する際の
ほう素原子および窒素原子の移動を妨げる障害物として
作用し、このため厳しい高温高圧処理条件が必要になる
と考えられる。
いので、圧力成分が有効に利用でき、これが転換条件を
穏やかにする一つの理由になっていると思われる。次に
、原料である低圧相窒化ほう素の結晶性が低い場合（Ｕ
−ＰＢＮ）に該低圧相窒化ほう素をＣＯＮに転換するに
は、厳しい高温高圧処理条件が必要であり、その理由は
先ず低結晶性の無秩序な原子配置から結晶性の高いｈＰ
Ｎの状態に変化し、しかる後にＣＢＮに転換すると考え
られ、この第１段階の結晶性の高い状態への変化には極
めて大きいエネルギーが必要であるからであると考えら
れる。また、原料である低圧相窒化ほう素の純度が低い
場合（Ｒ−ＰＢＮ） 、結晶格子内の所々に存在する不
純物原子は、低圧相窒化ほう素がＣＢＮへ転換する際の
ほう素原子および窒素原子の移動を妨げる障害物として
作用し、このため厳しい高温高圧処理条件が必要になる
と考えられる。
本発明方法の原料であるＰ−ＢＮは、円板あるいは粉末
に加工され、ベルト型高温高圧発生装置内に充填される
。その後、まず圧力を、続いて温度を上昇させ、所要の
温度・圧力で一定時間保持して高温高圧処理を行う。こ
の際、保持する温度、圧力および時間は、好ましくはそ
れぞれ１５００〜２１００°Ｃ１５〜６万気圧および３
０分〜２時間である。処理後は先ず温度を、続いて圧力
をそれぞれ室温および１気圧まで戻し、装置内から高温
高圧処理によって製造されたＣＯＮを取り出す。得られ
たＣＢＮは、従来の触媒を使用せずに製造されたＣＢＮ
と比べて穏やかな温度、圧力条件で製造されている。
に加工され、ベルト型高温高圧発生装置内に充填される
。その後、まず圧力を、続いて温度を上昇させ、所要の
温度・圧力で一定時間保持して高温高圧処理を行う。こ
の際、保持する温度、圧力および時間は、好ましくはそ
れぞれ１５００〜２１００°Ｃ１５〜６万気圧および３
０分〜２時間である。処理後は先ず温度を、続いて圧力
をそれぞれ室温および１気圧まで戻し、装置内から高温
高圧処理によって製造されたＣＯＮを取り出す。得られ
たＣＢＮは、従来の触媒を使用せずに製造されたＣＢＮ
と比べて穏やかな温度、圧力条件で製造されている。
本発明においては、このようにして優れた特性を有する
ＣＢＮを生成する生産性に優れた製造方法を達成するこ
とができた。
ＣＢＮを生成する生産性に優れた製造方法を達成するこ
とができた。
（実施例）
次に、本発明を実施例について説明する。
実蓋貫土二■
純度９９．９９９％のＢＣｊ！＋ガスと純度９９．９９
９％のアンニモアガスとの混合ガスを、圧力２ Ｔｏｒ
ｒ、温度１９５０℃、蒸着速度８０ ｕ ｍ／ｈｒの条
件下に、２００ ｍ７秒のガス流速で黒鉛基材上に吹き
つけて１．１ ｍｍ厚のＢＮ膜を得た。このＢＮ膜を基
材から離型し、電子顕微鏡で観察したところ、数μｍ程
度の大きさの六角鱗片形の粒子がランダムに配向した構
造をしていることが分かった。生成したＢＮのＣ軸方向
の層間距離およびＣ軸方向の結晶子の大きさをＸ線回折
で測定した結果それぞれ３．３４人および１０００Å以
上であった。またＣ軸方向の選択配向性は１２０゜であ
った。密度をアルキメデス法で測定した結果２．２０
ｇ ／ｃｍ ３であり、純度を化学分析で測定した結果
９９．９９８％であった。生成したＢＮ膜を円板に加工
して原料に用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて表
１に示す温度、圧力条件にて１時間高温高圧処理を行っ
た。生成物はいずれもＣ８８粒子が緻密に凝集した強固
な焼結体であり、Ｘ線回折測定を行った結果、ＣＯＮ以
外の結晶相は同定されなかった。
９％のアンニモアガスとの混合ガスを、圧力２ Ｔｏｒ
ｒ、温度１９５０℃、蒸着速度８０ ｕ ｍ／ｈｒの条
件下に、２００ ｍ７秒のガス流速で黒鉛基材上に吹き
つけて１．１ ｍｍ厚のＢＮ膜を得た。このＢＮ膜を基
材から離型し、電子顕微鏡で観察したところ、数μｍ程
度の大きさの六角鱗片形の粒子がランダムに配向した構
造をしていることが分かった。生成したＢＮのＣ軸方向
の層間距離およびＣ軸方向の結晶子の大きさをＸ線回折
で測定した結果それぞれ３．３４人および１０００Å以
上であった。またＣ軸方向の選択配向性は１２０゜であ
った。密度をアルキメデス法で測定した結果２．２０
ｇ ／ｃｍ ３であり、純度を化学分析で測定した結果
９９．９９８％であった。生成したＢＮ膜を円板に加工
して原料に用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて表
１に示す温度、圧力条件にて１時間高温高圧処理を行っ
た。生成物はいずれもＣ８８粒子が緻密に凝集した強固
な焼結体であり、Ｘ線回折測定を行った結果、ＣＯＮ以
外の結晶相は同定されなかった。
此ｌけ［Ｌ二」
市販のＰ−ＢＮ成形体のＣ軸方向の層間距離およびＣ軸
方向の結晶子の大きさをＸ線回折で測定した結果それぞ
れ３．４２人および８０人であり、密度をアルキメデス
法で測定した結果２．１２ｇ／ａｍ’であり、純度を化
学分析で測定した結果９９．９９０％であった。
方向の結晶子の大きさをＸ線回折で測定した結果それぞ
れ３．４２人および８０人であり、密度をアルキメデス
法で測定した結果２．１２ｇ／ａｍ’であり、純度を化
学分析で測定した結果９９．９９０％であった。
また電子顕微鏡により観察したところ、Ｐ−ＢＮ板の厚
さ方向に垂直な面が積重なった積層構造をしていること
が分かった。このＰ−ＢＮ成形体を円板に加工して原料
に用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて表１に示す
ように実施例１〜１２とそれぞれ等しい温度、圧力条件
にて１時間高温高圧処理を行った。生成物は温度、圧力
条件によって、表１に示すように、未変換のＰ−ＢＮ成
形体、ｈＢＮとＣＢＨの脆い塊状の混合物、強固なＣＢ
Ｎ焼結体などの種々の形態であった。
さ方向に垂直な面が積重なった積層構造をしていること
が分かった。このＰ−ＢＮ成形体を円板に加工して原料
に用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて表１に示す
ように実施例１〜１２とそれぞれ等しい温度、圧力条件
にて１時間高温高圧処理を行った。生成物は温度、圧力
条件によって、表１に示すように、未変換のＰ−ＢＮ成
形体、ｈＢＮとＣＢＨの脆い塊状の混合物、強固なＣＢ
Ｎ焼結体などの種々の形態であった。
実施班長
実施例１〜１２と同じＰ−ＢＮを円板に加工して原料に
用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて、１７５０°
Ｃおよび５．４万気圧の温度・圧力条件にて３０分間高
温高圧処理を行った。生成物はＣ８８粒子が緻密に凝集
した強固な焼結体であり、密度は３．４８ ｇ ／Ｃｌ
１１３であり、ＣＢＮ以外の結晶相は同定されなかった
。二〇〇〇Ｎ焼結体の常温における熱伝導率を定常性熱
伝導率測定装置（理学電気■製、 ＴＳ−Ｌλ８５５０
型）を用いて測定した結果９．５讐／Ｃｌｌｌ−にであ
った。
用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて、１７５０°
Ｃおよび５．４万気圧の温度・圧力条件にて３０分間高
温高圧処理を行った。生成物はＣ８８粒子が緻密に凝集
した強固な焼結体であり、密度は３．４８ ｇ ／Ｃｌ
１１３であり、ＣＢＮ以外の結晶相は同定されなかった
。二〇〇〇Ｎ焼結体の常温における熱伝導率を定常性熱
伝導率測定装置（理学電気■製、 ＴＳ−Ｌλ８５５０
型）を用いて測定した結果９．５讐／Ｃｌｌｌ−にであ
った。
実施Ｕ
実施例１〜１２と同じＰ−ＢＮを円板に加工して原料に
用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて、１７００℃
および５．５万気圧の温度・圧力条件にて２時間高温高
圧処理を行った。生成物はＣ８８粒子が緻密に凝集した
強固な焼結体であり、密度は３．４６ ｇ ／ｃｕｔ’
であり、ＣＢＮ以外の結晶相は同定されなかった。この
ＣＢＮの微小ヌープ硬度を測定したところ、３５００ｋ
ｇ／ｍｍ”であった。
用い、ベルト型高温高圧発生装置を用いて、１７００℃
および５．５万気圧の温度・圧力条件にて２時間高温高
圧処理を行った。生成物はＣ８８粒子が緻密に凝集した
強固な焼結体であり、密度は３．４６ ｇ ／ｃｕｔ’
であり、ＣＢＮ以外の結晶相は同定されなかった。この
ＣＢＮの微小ヌープ硬度を測定したところ、３５００ｋ
ｇ／ｍｍ”であった。
実施■旦二Ｕ
実施例１〜１２と同じＰ−ＢＮを粉砕して表２に示す平
均粒径の粉末を得た。これをベルト型高温高圧発生装置
を用いて表２に示す条件にて高温高圧処理を行った結果
、ＣＢＮ塊体現体られた。このＣＢＮ塊体現体易に粉砕
され、表２に示す平均粒径のＣ８８粒子となった。Ｘ線
回折でこのＣ８８粒子を測定した結果、ＣＢＮ以外の結
晶相は同定されなかった。
均粒径の粉末を得た。これをベルト型高温高圧発生装置
を用いて表２に示す条件にて高温高圧処理を行った結果
、ＣＢＮ塊体現体られた。このＣＢＮ塊体現体易に粉砕
され、表２に示す平均粒径のＣ８８粒子となった。Ｘ線
回折でこのＣ８８粒子を測定した結果、ＣＢＮ以外の結
晶相は同定されなかった。
また、電子顕微鏡でこのＣ８８粒子の微構造を観察した
ところ、Ｃ８８粒子は不規則な形状をしており、多結晶
体であることが分かった。
ところ、Ｃ８８粒子は不規則な形状をしており、多結晶
体であることが分かった。
ル較皿Ｕ二■
比較例１〜１２と同じＰ−ＢＮを粉砕して表２に示す平
均粒径の粉末を得た。これをベルト型高温高圧発生装置
を用いて表２に示す条件にて高温高圧処理を行った結果
、生成物は脆い現体であった。この生成物をＸ線回折で
測定した結果、生成物は表２に示すように未変換のＰ−
ＢＮ粉末、 ｈＢＮ粉末あるいはｈＢＮ粉末と微量のＣ
ＢＮ粉末との混合物であった。
均粒径の粉末を得た。これをベルト型高温高圧発生装置
を用いて表２に示す条件にて高温高圧処理を行った結果
、生成物は脆い現体であった。この生成物をＸ線回折で
測定した結果、生成物は表２に示すように未変換のＰ−
ＢＮ粉末、 ｈＢＮ粉末あるいはｈＢＮ粉末と微量のＣ
ＢＮ粉末との混合物であった。
（発明の効果）
本発明によれば、ＣＢＮを生産性に優れた高温高圧処理
条件にて製造することができる。本発明により製造され
たＣＢＮは、電子装置のヒートシンクあるいは難削材の
機械加工用の工具として極めて有効に利用できるもので
ある。
条件にて製造することができる。本発明により製造され
たＣＢＮは、電子装置のヒートシンクあるいは難削材の
機械加工用の工具として極めて有効に利用できるもので
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、触媒を使用せずに熱分解窒化ほう素を高温高圧で処
理することにより立方晶窒化ほう素を製造するに当り、 前記熱分解窒化ほう素が、気相から析出されたままの状
態において、六角鱗片状の六方晶窒化ほう素粒子がラン
ダム配向した構造を有し、ｃ軸方向の層間距離（ｄ００
２）が３．３５Å以下であり、密度が２．１８ｇ／ｃｍ
＾３より大きく、ｃ軸方向の結晶子の大きさが１０００
Å以上であり、かつ純度が９９．９９５％以上であり、
前記高温高圧の条件が１５００℃以上の温度および５万
気圧以上の圧力である ことを特徴とする立方晶窒化ほう素の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63007575A JPH01184033A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 立方晶窒化ほう素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63007575A JPH01184033A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 立方晶窒化ほう素の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01184033A true JPH01184033A (ja) | 1989-07-21 |
| JPH0477612B2 JPH0477612B2 (ja) | 1992-12-08 |
Family
ID=11669607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63007575A Granted JPH01184033A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 立方晶窒化ほう素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01184033A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02233510A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Showa Denko Kk | 六角板状立方晶窒化ほう素及びその合成方法 |
| JPH0365234A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-20 | Res Dev Corp Of Japan | 立方晶窒化ほう素の製造方法 |
| JPH0578106A (ja) * | 1989-12-08 | 1993-03-30 | Rhone Poulenc Chim | 金属及び酸素に関して非常に高い純度レベルを示す単分散で六角形の窒化硼素及びその製造方法 |
| JPH1126661A (ja) * | 1997-07-01 | 1999-01-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 放熱スペーサー |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4188194A (en) * | 1976-10-29 | 1980-02-12 | General Electric Company | Direct conversion process for making cubic boron nitride from pyrolytic boron nitride |
| US4289503A (en) * | 1979-06-11 | 1981-09-15 | General Electric Company | Polycrystalline cubic boron nitride abrasive and process for preparing same in the absence of catalyst |
-
1988
- 1988-01-19 JP JP63007575A patent/JPH01184033A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4188194A (en) * | 1976-10-29 | 1980-02-12 | General Electric Company | Direct conversion process for making cubic boron nitride from pyrolytic boron nitride |
| US4289503A (en) * | 1979-06-11 | 1981-09-15 | General Electric Company | Polycrystalline cubic boron nitride abrasive and process for preparing same in the absence of catalyst |
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|---|---|---|---|---|
| JPH02233510A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Showa Denko Kk | 六角板状立方晶窒化ほう素及びその合成方法 |
| JPH0365234A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-20 | Res Dev Corp Of Japan | 立方晶窒化ほう素の製造方法 |
| JPH0578106A (ja) * | 1989-12-08 | 1993-03-30 | Rhone Poulenc Chim | 金属及び酸素に関して非常に高い純度レベルを示す単分散で六角形の窒化硼素及びその製造方法 |
| JPH1126661A (ja) * | 1997-07-01 | 1999-01-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 放熱スペーサー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0477612B2 (ja) | 1992-12-08 |
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