JPH10101434A - 多結晶型立方晶窒化ホウ素の製造方法及び高温高圧発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度かつ高靱性な多結晶型立方晶窒化ホウ
素を多量かつ安定に製造すること。 【解決手段】 一対のアンビル体（２）の間に、ガスケ
ット（１１）、（１２）を介してシリンダ体（１）を配
置して中央空間部を形成させ、その中央空間部のアンビ
ル体側には電極板（６）、増圧板（５）及び金属板
（３）を順次設置すると共に、シリンダ体側には圧力媒
体（７）を設置して反応室を形成させ、そのような高温
高圧発生装置の上記反応室にｃＢＮ原料（１０）の充填
された黒鉛円筒（８）を装填し、ｃＢＮの熱力学的安定
条件下で保持する方法において、使用力量（Ｐ）に対す
るアンビル先端部面積と発生圧力の積で表される力量
（Ｐ１）との比（Ｐ１／Ｐ）を７ＧＰａ以上の圧力下に
おいて０．４０以下にすることを特徴とする多結晶型立
方晶窒化ホウ素の製造方法、及び該製造方法に適用ある
高温高圧発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近年研削工具や切
削工具に使用されている立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、
なかでも靭性の高い多結晶型ｃＢＮの製造方法及びその
製造方法に適用できる高温高圧発生装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ｃＢＮは低圧相ＢＮである六方晶
ＢＮ（ｈＢＮ）等を各種金属元素の窒化物、ホウ化物、
ホウ窒化物等を触媒とし、ｃＢＮの熱力学的安定条件
下、例えば圧力５〜６ＧＰａ、温度１４００℃〜１６０
０℃で保持する触媒法、又は触媒を使用せずに上記条件
より高圧高温下で保持する直接転換法によって合成され
てきた。特に後者においては、そのｈＢＮ原料として高
配向なｈＢＮである熱分解ＢＮ（Ｐ−ＢＮ）を使用する
ことにより、従来より低い圧力・温度、例えば７ＧＰａ
以上、１８００℃以上程度でｃＢＮが合成できること、
また得られるｃＢＮは微細粒子からなる多結晶体であ
り、機械特性に優れたものであることが知られており、
より高性能な工具材料としての利用が期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな多結晶型ｃＢＮを合成するに際しては、７ＧＰａ以
上の高圧力を発生させなければならないことなどから、
圧力封止が困難となりブローアウトと呼ばれる内圧が外
部に吹き出す現象や黒鉛円筒（反応室）が割れ加熱がで
きなくなるといった現象、さらにはｈＢＮからｃＢＮへ
の転換に伴う体積収縮に起因する圧力低下によって転換
が止まってしまい、より多量にｃＢＮを合成することが
できないという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
を解決し、高性能な多結晶型ｃＢＮを多量かつ安定に製
造することを目的として鋭意検討を重ねた結果、ブロー
アウトや黒鉛円筒の割れの問題は、その適正な形状・寸
法を選択し、また力量のかけ方を適正化することによっ
て防止できること、またｃＢＮへの転換時に発生する圧
力の低下の問題については、加熱中に適宜力量を増加さ
せ、圧力を一定以上に維持することによって解決できる
ことを見い出し、本発明を完成したものである。

【０００５】すなわち、本発明は、以下を要旨とするも
のである。

【０００６】〔請求項１〕 一対のアンビル体（２）の
間に、ガスケット（１１）、（１２）を介してシリンダ
体（１）を配置して中央空間部を形成させ、その中央空
間部のアンビル体側には電極板（６）、増圧板（５）及
び金属板（３）を順次設置すると共に、シリンダ体側に
は圧力媒体（７）を設置して反応室を形成させ、そのよ
うな高温高圧発生装置の上記反応室にｃＢＮ原料（１
０）の充填された黒鉛円筒（８）を装填し、ｃＢＮの熱
力学的安定条件下で保持する方法において、使用力量
（Ｐ）に対するアンビル先端部面積と発生圧力の積で表
される力量（Ｐ１）との比（Ｐ１／Ｐ）を７ＧＰａ以上
の圧力下において０．４０以下にすることを特徴とする
多結晶型立方晶窒化ホウ素の製造方法。

【０００７】〔請求項２〕 高温高圧発生装置がフラッ
トベルト型であることを特徴とする請求項１記載の方
法。

【０００８】〔請求項３〕 一対のアンビル体（２）の
間に、ガスケット（１１）、（１２）を介してシリンダ
体（１）を配置して中央空間部を形成させ、その中央空
間部のアンビル体側には電極板（６）、増圧板（５）及
び金属板（３）を順次設置すると共に、シリンダ体側に
は圧力媒体（７）を設置して反応室を形成させ、そのよ
うな高温高圧発生装置の上記反応室にｃＢＮ原料（１
０）の充填された黒鉛円筒（８）を装填し、ｃＢＮの熱
力学的安定条件下で保持する方法において、以下の
（ａ）〜（ｄ）の条件で実施することを特徴とする多結
晶型立方晶窒化ホウ素の製造方法。 （ａ）シリンダ体の内径（φ３）に対する反応室の高さ
（Ｈ１）の比（Ｈ１／φ３）が０．４８以上０．６８以
下。 （ｂ）反応室の高さ（Ｈ１）に対する反応室の高さ（Ｈ
１）と電極板、増圧板及び金属板の厚みとの総和（Ｈ
２）の比（Ｈ２／Ｈ１）が１．６以上、２．３以下。 （ｃ）シリンダ体の内径（φ３）に対する圧力媒体の外
径（φ２）の比（φ２／φ３）が０．８２以上、０．８
６以下。 （ｄ）ガスケット（１１）とガスケット（１２）との接
触部の高さ（Ｈ３）が（Ｈ２／２）−１４×φ３／５０
以上、（Ｈ２／２）−１２×φ３／５０以下。

【０００９】〔請求項４〕 高温高圧発生装置がフラッ
トベルト型であることを特徴とする請求項３記載の方
法。

【００１０】〔請求項５〕 ｃＢＮの熱力学的安定条件
が、使用力量（Ｐ）に対するアンビル先端部面積と発生
圧力の積で表される力量（Ｐ１）との比（Ｐ１／Ｐ）が
０．４０以下であることを特徴とする請求項３記載の方
法。

【００１１】〔請求項６〕 シリンダ体の内径（φ３）
に対する黒鉛円筒からなる反応室の外径（φ１）の比
（φ１／φ３）が０．６８以下であることを特徴とする
請求項３記載の方法。

【００１２】〔請求項７〕 ｃＢＮの熱力学的安定条件
下で保持している最中に力量を増加させることを特徴と
する請求項１〜６のいずれかに記載の方法。

【００１３】〔請求項８〕 ｃＢＮ原料（１０）が密度
２．０５ｇ／ｃｍ³ 以上の熱分解窒化ホウ素板であるこ
とを特徴とする請求項７記載の方法。

【００１４】〔請求項９〕 電極板（６）がモリブデン
製、増圧板（５）がジルコニア製、金属板（３）がステ
ンレス製であることを特徴とする請求項７記載の方法。

【００１５】〔請求項１０〕 ガスケット（１１）がパ
イロフィライトガスケット、ガスケット（１２）が紙ガ
スケットであることを特徴とする請求項７記載の方法。

【００１６】〔請求項１１〕 圧力媒体（７）が５〜３
０重量％のジルコニア粉末を含む食塩を成分とした相対
密度９２％以上の中空円筒状成形体であることを特徴と
する請求項７記載の方法。

【００１７】〔請求項１２〕 ジルコニア製増圧板が、
立方晶及び／又は正方晶と単斜晶からなり、次の（１）
式で算出されたＸｍ値が０．３以下（０を含む）である
ことを特徴とする請求項７記載の方法。

【数３】

【００１８】〔請求項１３〕 一対のアンビル体（２）
の間に、ガスケット（１１）、（１２）を介してシリン
ダ体（１）を配置して中央空間部を形成させ、その中央
空間部のアンビル体側には電極板（６）、増圧板（５）
及び金属板（３）を順次設置すると共に、シリンダ体側
には圧力媒体（７）を設置して反応室を形成させ、その
反応室に黒鉛円筒（８）が装填されてなる装置におい
て、さらに更に以下の（ａ）〜（ｄ）の条件が付加され
てなることを特徴とする高温高圧発生装置。 （ａ）シリンダ体の内径（φ３）に対する反応室の高さ
（Ｈ１）の比（Ｈ１／φ３）が０．４８以上０．６８以
下。 （ｂ）反応室の高さ（Ｈ１）に対する反応室の高さ（Ｈ
１）と電極板、増圧板及び金属板の厚みとの総和（Ｈ
２）の比（Ｈ２／Ｈ１）が１．６以上、２．３以下。 （ｃ）シリンダ体の内径（φ３）に対する圧力媒体の外
径（φ２）の比（φ２／φ３）が０．８２以上、０．８
６以下。 （ｄ）ガスケット（１１）とガスケット（１２）との接
触部の高さ（Ｈ３）が（Ｈ２／２）−１４×φ３／５０
以上、（Ｈ２／２）−１２×φ３／５０以下。

【００１９】〔請求項１４〕 高温高圧発生装置がフラ
ットベルト型であることを特徴とする請求項１３記載の
装置。

【００２０】〔請求項１５〕 シリンダ体の内径（φ
３）に対する黒鉛円筒からなる反応室の外径（φ１）の
比（φ１／φ３）が０．６８以下であることを特徴とす
る請求項１３又は１４記載の装置。

【００２１】〔請求項１６〕 電極板（６）がモリブデ
ン製、増圧板（５）がジルコニア製、金属板（３）がス
テンレス製、ガスケット（１１）がパイロフィライトガ
スケット、ガスケット（１２）が紙ガスケットであるこ
とを特徴とする請求項１３又は１４記載の装置。

【００２２】〔請求項１７〕 圧力媒体（７）が５〜３
０重量％のジルコニア粉末を含む食塩を成分とした相対
密度９２％以上の中空円筒状成形体であることを特徴と
する請求項１３又は１４記載の装置。

【００２３】〔請求項１８〕 ジルコニア製増圧板が、
立方晶及び／又は正方晶と単斜晶からなり、上記（１）
式で算出されたＸｍ値が０．３以下（０を含む）である
ことを特徴とする１３又は１４記載の装置。

【００２４】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００２５】本発明で使用される高温高圧発生装置の基
本構成は、フラットベルト型（例えば特公昭５９−５５
４７号公報）とガードル型（例えば特開昭６１−２１５
２９３号公報）のいずれであってもよいが、フラットベ
ルト型が好ましい。

【００２６】図１にフラットベルト型高温高圧発生装置
を使用したｃＢＮ合成装置の概略断面図の一例を示し
た。図１は、一対のアンビル体２の間にガスケット１
１、１２を介してシリンダ体１を配置することによって
中央空間部を形成させ、その中央空間部のアンビル体側
には電極板６、増圧板５及び金属板３を順次設置すると
共に、シリンダ体側には圧力媒体７を設置して反応室を
形成させ、その反応室にはｃＢＮ原料１０の充填された
黒鉛円筒８が装填されていることを表している。

【００２７】なお、４は通電用金属リング、９は食塩封
止リング、１３は黒鉛製蓋であり、φ１は反応室の外
径、φ２は圧力媒体の外径、φ３はシリンダ体の内径、
φ４はガスケット１１の外径であり、またＨ１は反応室
の高さ、Ｈ２はＨ１と２枚の電極板、２枚の増圧板及び
２枚の金属板の厚みとの総和、Ｈ３はガスケット１１と
ガスケット１２との接触部の高さである。さらには、Ｐ
は使用力量、Ｐ１はアンビル先端部面積と発生圧力の積
で表される力量である。

【００２８】高温高圧発生装置の圧力発生は、一対のア
ンビル体に荷重をかけることによって行われる。その
際、荷重は増圧板を通して反応室に負荷される荷重とガ
スケットに負荷される荷重とに分配されるが、同一荷重
をかけた場合、増圧板に負荷される力量が大きいほど反
応室内の圧力は高くなる。加熱は、一対のアンビル体よ
り通電用金属リング、電極板を経てヒーターに交流を印
加して行われる。

【００２９】本発明の特徴の１つは、上記高温高圧発生
装置を用い、ｃＢＮ原料としてｈＢＮ好ましくはＰ−Ｂ
Ｎ板を用いて多結晶型ｃＢＮを合成する場合、ｃＢＮの
熱力学的安定条件下の圧力７ＧＰａ以上のを発生させた
場合に生じやすいブローアウト現象や黒鉛円筒の割れ
を、黒鉛円筒（反応室）の形状・寸法を適正化すること
によって防いだことである。すなわち、本発明者らは、
反応室の形状・寸法ないしは電極板、増圧板、金属板等
の高温高圧発生装置の構成部材の寸法等について、様々
なケースについて試験を行った結果、ブローアウトや黒
鉛円筒の割れは、上記反応室や構成部材の寸法ばかりで
なく、７ＧＰａ以上の圧力を発生させる際の力量に大き
く依存していること、さらには７ＧＰａ以上の圧力を発
生させる際にかけた使用力量Ｐに対する、アンビル先端
部面積と発生圧力の積で表される力量Ｐ１との比（Ｐ１
／Ｐ）（以下、この比を「圧力発生効率」と呼ぶことも
ある。）が極めて重要であることを見い出したものであ
る。

【００３０】すなわち、本発明においては、圧力発生効
率が７ＧＰａ以上の圧力下において０．４０以下である
ことが必要である。圧力発生効率は、反応室（黒鉛円
筒）の寸法、高温高圧発生装置の構成部材の寸法等によ
って変化する。圧力発生効率はその式Ｐ１／Ｐをみても
わかるように、使用圧力Ｐは、反応室にかかる力量Ｐ１
とガスケットにかかる力量（Ｐ−Ｐ１）とに分配される
が、本発明者らの検討では、Ｐ１が大き過ぎるとガスケ
ットにかかる力量（Ｐ−Ｐ１）が小さいため、反応室で
発生した圧力をガスケットで封止できずに、圧力がもれ
ブロ−アウトが発生し、また黒鉛円筒がガスケット側に
引きずられて割れが生じることを確認すると共に、この
ような現象を防ぐには圧力発生効率が０．４０以下でな
ければならないことを見い出したものである。

【００３１】本発明において、圧力発生効率が０．４０
を越え０．４５以下であると、黒鉛円筒が割れて加熱す
ることができなくなったり、またたとえ加熱をすること
ができたとしても、加熱終了後に力量を下げ除圧する時
点でブローアウトが発生する。また、圧力発生効率が
０．４５を越えることが予想される状態で力量をかける
と、加圧時にブローアウトが発生することもある。

【００３２】ここで、圧力発生効率の算出法について説
明すると、圧力発生効率を算出するには、反応室内にか
かる力量Ｐ１を求める必要があり、それには反応室内に
Ａｇペレットを入れ、使用力量Ｐをかけて加熱し、Ａｇ
の溶融温度を測定して発生圧力を求める、いわゆるＡｇ
溶融法を採用することができる。このときの発生圧力を
Ａとし、アンビル先端部面積をＳとした場合、上記Ｐ１
はＡ・Ｓで表され、圧力発生効率は（Ａ・Ｓ）／Ｐとな
る。これを具体的な数値で示すと、３２００トンの力量
を使用し、アンビル先端部面積が１３ｃｍ² である場
合、発生圧力が７．７ＧＰａであるときの圧力発生効率
は０．３２となる。

【００３３】本発明において、上記した圧力発生効率を
得る手段の一例は、反応室の寸法を適正化することであ
る。

【００３４】まず、黒鉛円筒からなる反応室の高さＨ１
であるが、シリンダ体の内径φ３に対する反応室の高さ
Ｈ１の比（Ｈ１／φ３）が０．４８以上、０．６８以下
にする。この比が０．６８を越えて反応室の高さを大き
くすると、必要とする圧力を発生させるに際し、反応室
の圧縮量を大きくせねばならず、７ＧＰａ以上の圧力を
発生させるには必然的に黒鉛円筒が撓み、圧力媒体によ
る支持が効かずに割れが起こる。また、Ｈ１／φ３の比
が０．４８未満の状態では、後述するＨ２／Ｈ１の比及
びガスケット１１の寸法を適正化しても、ガスケット１
１自体の圧縮代がとれないので、圧力発生が困難となっ
たり、圧力封止が不十分となり、ブロ−アウトが発生す
るようになる。なお、本発明においては、黒鉛円筒の上
下に黒鉛製蓋１３がかぶせられることもあるが、その場
合の黒鉛製蓋の厚みは黒鉛円筒の肉厚と同程度とするこ
とが好ましい。本発明における反応室の高さＨ１は、黒
鉛製蓋の厚みを含むものである。

【００３５】次に、重要なことは、反応室の高さＨ１に
対する、該反応室の高さＨ１と上下２枚の電極板６、上
下２枚の増圧板５及び上下２枚の金属板３の厚みの総和
Ｈ２との比（Ｈ２／Ｈ１）を１．６以上、２．３以下に
することである。

【００３６】本発明において、Ｈ２／Ｈ１の比を調整し
てブローアウトや黒鉛円筒割れを効率よく防止できる理
由は以下の通りである。仮にＨ２を一定とした場合、こ
の比を大きくすることは、反応室の高さＨ１を小さくす
ることであり、一方、この比を小さくすることはＨ１を
大きくすることである。まず、Ｈ１を大きくした場合、
所定の圧力を得るにはより多くの圧縮量が必要となる。
圧縮量を大きくし、所定の圧力を発生させるには、ガス
ケット１２の厚みを薄くする等の調整方法があるが、こ
の方法では圧縮時にガスケット１１の流動を抑え切れな
くなるからである。一方、ガスケット１２の厚みの調整
に頼らず、より多くの力量をかける方法もあるが、ガス
ケットの圧縮量には限界があるため、Ｈ１を大きくし過
ぎた構成では、圧力発生に限界がある。本発明者らが、
検討した結果によれば、７ＧＰａ以上の圧力を無理なく
発生させるには、Ｈ２／Ｈ１の比を１．６以上好ましく
は１．８以上とすることがよいことがわかった。一方、
この比を大きくすること、すなわちＨ１を小さくし、少
ない圧縮量で所定の圧力を発生させるようにした場合、
十分にガスケット１１が圧縮されずに圧力が発生してし
まうために封止不足となり、ブローアウトが発生しやす
くなる。この点について更に検討をしたところ、Ｈ２／
Ｈ１の上限は２．３であることを見い出した。

【００３７】さらに、重要なことは圧力媒体である。圧
力媒体７は、反応室の外周部を覆っているものであり、
中空円筒状成形体からなるものである。その外径φ２は
アンビル体先端部の直径と同一であることが好ましく、
またシリンダ体の内径φ３に対する比（φ２／φ３）を
０．８２以上、０．８６以下とする。その理由は、この
比が０．８２未満であると、ガスケット１１の肉厚を厚
くしなければならず、封止が不十分となりブローアウト
が発生しやすくなる。また、この比が０．８６を越える
と、アンビル先端部の面積が大となり、単位面積あたり
の力量が低減し、７ＧＰａ以上の圧力を発生させること
が困難となる。

【００３８】次に、ガスケット１１、１２であるが、ガ
スケット１１とガスケット１２との接触部の高さＨ３を
（Ｈ２／２）−１４×φ３／５０以上、（Ｈ２／２）−
１２×φ３／５０以下とすることが重要なことである。
Ｈ３の値が上記下限値よりも小さくすると、ガスケット
１１が薄くなり、十分にガスケットが圧縮されないので
圧力封止不足が生じ、ブローアウトの原因となる。ま
た、Ｈ３の値が上記上限値を上回ると、ガスケット１１
が厚くなり、ガスケット１２でその流動を抑えきれなく
なり、ブローアウト等の原因になる。なお、ガスケット
１１の外径φ４は、１．５×φ３以上、１．７×φ３以
下であることが好ましい。

【００３９】また、上記した本発明の高温高圧発生装置
を用いてｃＢＮを合成するに際しては、その高温高圧発
生装置はフラットベルト型であることが好ましく、また
その圧力発生効率は０．４０以下であることが好まし
い。

【００４０】さらには、黒鉛円筒８からなる反応室の径
については、シリンダ体の内径φ３に対する黒鉛円筒か
らなる反応室の外径φ１の比（φ１／φ３）を０．６８
以下とすることが好ましい。この比が０．６８を越えて
反応室の外径を大きくすると、ｃＢＮ原料の充填された
黒鉛円筒を圧力媒体によって支持することが困難とな
り、黒鉛円筒が割れる。

【００４１】本発明は、上記した圧力発生効率下におい
てｃＢＮ原料を無触媒で保持するか、または上記適正化
した高温高圧発生装置を用いｃＢＮ原料を無触媒で保持
することによって多量かつ安定にｃＢＮを製造すること
ができる。保持圧力は７ＧＰａ以上、保持温度は１８０
０℃以上であることが好ましい。反応室に充填されたｃ
ＢＮ原料中、どの程度の量が完全なｃＢＮとなって得ら
れるかは、圧力・温度に依存し、同一圧力の場合は温度
を高めた方がよい。ただし、温度を高くしすぎると、ｃ
ＢＮの安定領域外となり、逆に転換できなくなるため、
圧力と温度のバランスが重要となる。

【００４２】さて、本発明を提案するに至った動機の１
つは、従来法では多結晶型ｃＢＮを直接転換法で多量に
合成できなかったことにあることは上記した。また、そ
の原因は、高温高圧発生装置にかけられた使用力量Ｐが
一定の条件下では、ｈＢＮからｃＢＮへの体積収縮によ
り、初期に反応室にかかっていた力量Ｐ１が減少して反
応室の圧力が低下してしまい、転換に必要な圧力を下回
ってしまうことにあることも上記した通りである。

【００４３】このような状況下において、本発明者ら
は、上記した本発明のｃＢＮの製造方法において、さら
にｃＢＮの合成量を増加する手段について種々検討した
結果、初期圧力を高めることは有効な手段であるが、こ
の方法では、合成量がある程度増加し得てもある時点で
圧力低下が起こり、転換できる圧力を下回ってしまうと
いう根本的な問題は解決することができない。

【００４４】そこで、さらに検討を重ねた結果、圧力低
下に見合った補圧をｃＢＮの熱力学的安定条件下の保持
中に行い、転換できる圧力レベルを維持することが有効
であることを見い出すに至った。この補圧は、反応室に
かかる力量Ｐ１を加熱合成中に一定にするか、もしくは
大きくするものであり、実際には高温高圧発生装置で使
用している使用力量ＰをｃＢＮの合成中に増加させるこ
とによって達成するものである。力量をどの程度増加さ
せるかは、目的とするｃＢＮ合成量にもとづいて任意に
選択することができるが、合成量を多くしたい場合、必
要な力量も大きくなることは当然である。

【００４５】さらに、上記の圧力低下は増圧板５の変形
によっても生じることを見い出した。一般に高温高圧発
生装置では、増圧板としてジルコニア板が広く用いられ
ているが、その理由は、高弾性率であること及び熱伝導
率が低いことによるものである。しかし、本発明者らが
検討したところ、弾性率もさることながら、ジルコニア
板の気孔率が重要であることがわかった。なぜなら、気
孔率が大きいもの、すなわち緻密化度合いが不十分なも
のを使用すると高圧下で加熱をすると、焼結が起こり気
孔が潰され結果的に変形し、この変形に伴い、圧力が低
下していくからである。したがって、使用するジルコニ
ア板は気孔率が小さいことが望ましく、８％未満より好
ましくは４％未満であるのがよい。

【００４６】ここで、本発明で使用される高温高圧発生
装置の構成部材について説明すると、増圧板については
上記したようにジルコニア製増圧板が好ましい。なかで
も、以下に説明する結晶構造のジルコニア板が好まし
い。すなわち、一般的にジルコニアは、単斜晶、正方晶
及び立方晶の３相が共存したもの、単斜晶と正方晶、単
斜晶と立方晶、正方晶と立方晶の２相が共存したもの、
さらには立方晶または正方晶の１相単独のものが知られ
ており、このうち、単斜晶は、高温高圧下で正方晶に相
転移し体積収縮を起こすことが知られている。本発明者
らは、以上の結晶構造を持つジルコニア板を増圧板とし
て使用しｃＢＮの合成を行ったところ、ジルコニア中の
単斜晶とｃＢＮの合成量とには相関があり、単斜晶量の
少ないジルコニア板を使用した方がｃＢＮ合成量が増加
することを見い出すとともに、その理由として、単斜晶
量が多いと高温高圧下での相転移量が増し、体積収縮と
いう一種の変形が増すためであることを突き止めた。以
上のことから、本発明で好適な増圧板は、立方晶及び／
又は正方晶と単斜晶からなり，上記（１）式で算出され
たＸｍ値が０．３以下（０を含む）のジルコニア板であ
る。

【００４７】圧力媒体については、通常、食塩が使用さ
れるが、断熱性を向上させるために５〜３０重量％のジ
ルコニア粉末が混合されていることが好ましい。５重量
％未満のジルコニア粉末の含有量では断熱性が十分でな
く、また３０重量％を越えると成形が困難となり、さら
には成形できたとしてもジルコニア量が多いために圧力
媒体自体の弾性率が高くなるため、反応室を圧縮できず
に所定の圧力を発現できなくなる。

【００４８】圧力媒体の相対密度としては、９２％以上
特に９６％以上とすることが好ましい。圧力媒体は黒鉛
円筒からなる反応室を支持するためのものであるので、
その相対密度が低いと黒鉛円筒が撓み、割れ等が生じ
る。また、本発明においては圧力媒体が流動するのをよ
り抑えるため、電極板と接触する上下面の外周部に、外
径が圧力媒体の外径φ２と同じで、高さが０．１４×φ
３以下で、肉厚が後述する通電用金属リング４よりも厚
い、食塩封止リング９と呼ばれる金属製リングを装着す
ることもできる。

【００４９】電極板６としてはモリブデン製電極板、金
属板３としてはステンレス製、モリブデン製、タングス
テン製の金属板特にステンレス製金属板が使用され、ま
たガスケット１１としてはパイロフィライトガスケッ
ト、ガスケット１２としては紙ガスケットが使用され
る。

【００５０】本発明で使用されるｃＢＮ原料はｈＢＮで
あり、好ましくは密度２．０５ｇ／ｃｍ³ 以上のＰ−Ｂ
Ｎ板である。Ｐ−ＢＮの粉末を用いると反応室内の充填
量が少なくなり、また密度２．０５ｇ／ｃｍ³ 未満のＰ
−ＢＮ板であっては発生圧力に問題がある。

【００５１】以下、上記した本発明で使用される高温高
圧発生装置の好適な態様を、シリンダ体の内径φ３が５
０ｍｍである場合を例にとって具体的に説明する。

【００５２】本発明で適正化された反応室の高さＨ１
は、シリンダ体の内径φ３に対する比（Ｈ１／φ３）が
０．４８以上、０．６８以下とするだけではなく、反応
室の高さＨ１に対する、Ｈ１と上下２枚の電極板、増圧
板及び金属板の厚みとの総和Ｈ２の比（Ｈ２／Ｈ１）
が、１．６以上、２．３以下にすることである。したが
って、内径５０ｍｍのシリンダ体を使用し、Ｈ２を以下
のようにした場合の適正な反応室の高さＨ１は次のよう
になる。

【００５３】すなわち、Ｈ２が５４．８ｍｍである場合
の適正な反応室の高さＨ１は、２４〜３４ｍｍである。
また、Ｈ２を小さくし、５１ｍｍとした場合は、Ｈ１は
２２〜３２ｍｍである。仮に、この上限を越えてＨ１を
大きくすると、同一圧力を発生させるためには圧縮量を
大きくせねばならず、圧力発生自体が困難となる。ま
た、たとえ圧力発生ができたとしても、反応室の撓み量
が大きくなり、割れが生じやすくなる。一方、下限値を
下回ると圧力発生に際し、封止が不十分となりブローア
ウトが発生しやすくなる。

【００５４】なお、本発明においては、電極板及び金属
板の厚みは、任意に選択できるが、通常はシリンダ体の
内径φ３に対し、それぞれ０．０１×φ３以下の厚みに
するのがよく、また増圧板の厚みは（Ｈ２−Ｈ１）／２
の値から上記電極板と上記金属板の厚みを差し引いた値
となる。なお、増圧板には、通電ができるようにその外
周部に通電用金属リング（４）が装着されおり、その通
電用金属リングとしては、外径が圧力媒体の外径φ２と
同じであり、肉厚が食塩封止リング９よりも小さく、高
さが増圧板の高さと同じものが好適に使用される。

【００５５】次に、黒鉛円筒からなる反応室の黒鉛部の
厚みについては、シリンダ体の内径φ３の大きさに対
し、２〜４％程度の厚み寸法を取ることが好ましく、内
径５０ｍｍのシリンダ体に対しては、１ｍｍ〜２ｍｍ程
度の肉厚とするのがよい。この範囲より薄い場合は割れ
が発生しやすくなり、また厚い場合には所定温度に加熱
するのに大電流が必要となる。本発明では、この黒鉛円
筒の肉厚は、上記値に限定されることはなく、高温高圧
発生装置の電気容量等に応じて任意に選択することがで
きる。

【００５６】なお、本発明においては、シリンダ体の内
径に対する、黒鉛円筒からなる反応室の外径の好適な比
（φ１／φ３）は０．６８以下であるから、内径５０ｍ
ｍのシリンダ体に対しては、反応室の外径を３４ｍｍ以
下とすればよい。圧力媒体による反応室の支持効果をよ
り効果的に発現させるには、３２ｍｍ以下（φ１／φ３
の比が０．６４以下）とすることがより好ましい。

【００５７】また、中空円筒体状成形体からなる圧力媒
体の外径φ２は、アンビル体先端の直径と同一であるこ
とが好ましく、またその外径φ２はシリンダ体の内径φ
３に対する比（φ２／φ３）が０．８２以上、０．８６
以下であることから、シリンダ体の内径が５０ｍｍであ
る場合は、φ２の値は４１ｍｍ以上、４３ｍｍ以下とな
る。

【００５８】さらには、本発明で使用されるガスケット
１１の寸法は、内径５０ｍｍのシリンダ体を例にとる
と、次のようになる。まず、ガスケット１１の外径φ４
は、シリンダ体の内径φ３に対し、その許容範囲は１．
５×φ３以上、１．７×φ３以下が望ましいので、７５
ｍｍ以上、８５ｍｍ以下とするのがよい。また、ガスケ
ット１２との接触部の高さＨ３は、（Ｈ２／２）−１４
×φ３／５０以上、（Ｈ２／２）−１２×φ３／５０以
下であることから、Ｈ２が上記した５４．８ｍｍの場合
には１３．４ｍｍ以上、１５．４ｍｍ以下となり、また
Ｈ２が５１ｍｍの場合には１１．５ｍｍ以上、１３．５
ｍｍ以下となる。

【００５９】次に、本発明では、ｃＢＮの熱力学的安定
条件下の圧力７ＧＰａ以上を発生させるに際し、圧力発
生効率（Ｐ１／Ｐ）を０．４０以下にする必要がある。
この値を越えて圧力を発生させるとブローアウトや黒鉛
円筒の割れ等が発生しやすくなる。

【００６０】圧力発生効率は、同一力量を使用しても、
反応室の高さＨ１や、反応室を含む高さの総和Ｈ２、さ
らには使用する増圧板の特性、ガスケット１１、１２の
寸法等の影響を受ける。したがって、本発明において
は、装置全体の構成及び使用する力量を調整し、圧力発
生効率を０．４０以下に調整することができるが、ガス
ケット１２の厚みで調整することもできる。その際に使
用されるガスケット１２は紙ガスケットが好ましく、ま
たその内径はガスケット１１の外径φ４以上の大きさを
持ち、しかもその外径はシリンダ体の内径φ３に対し、
２２０×φ３／５０以下の寸法を持つ円板状のものであ
ることが好ましい。紙ガスケットの材質は任意に選択す
ることができ、この紙ガスケットの所定枚数を積み重ね
て使用する。実際に何枚積み重ねるかについては、実際
に枚数を振って予備試験を行い、発生圧力と使用した力
量から、圧力発生効率が０．４０以下になるような枚数
を決定する。なお、この場合のガスケット１１はパイロ
フィライトガスケットであることが好ましい。

【００６１】ここでは、内径５０ｍｍのシリンダ体を使
用し、内径８１ｍｍ、外径２００ｍｍ、厚み０．４５ｍ
ｍ／枚の紙ガスケット１２を使用して、圧力発生効率を
０．４０以下にする際の典型的な紙枚数について説明す
る。

【００６２】アンビル先端部の直径が４２ｍｍで反応室
の高さＨ１が３０ｍｍ、反応室の外径φ１が２４ｍｍ、
肉厚が１．５ｍｍの黒鉛円筒を用い、モリブデン製電極
板及びＳＵＳ３０４製金属板の厚みが各々０．５ｍｍ、
ジルコニア製増厚板の厚みが１１．４ｍｍ、パイロフィ
ライトガスケットの外径φ４が８０ｍｍ、その紙ガスケ
ットとの接触部の高さＨ３が１４．５ｍｍである場合、
紙ガスケット枚数を２６枚又は２８枚とし、力量として
２８５０トンをそれぞれにかけると、発生圧力は各々
８．３ＧＰａ、７．６ＧＰａとなり、これらの圧力発生
効率は０．４１及び０．３８となる。したがって、この
条件における適正な紙枚数は２８枚となる。

【００６３】本発明のｃＢＮの好適な製造方法の１つと
して、ｃＢＮ原料をその熱力学的安定条件下の圧力７Ｇ
Ｐａ以上で保持している最中に力量を増加させることを
上記したが、次にその一例を紹介する。

【００６４】シリンダ体の内径φ３が５０ｍｍ、アンビ
ル先端部の直径が４２ｍｍで反応室の高さＨ１が３０ｍ
ｍ、反応室の外径φ１が２８ｍｍ又は２９．４ｍｍ、黒
鉛円筒の肉厚が前者については１．５ｍｍ、後者につい
ては１．２ｍｍ、両者に共通した構成部材としてモリブ
デン製電極板の厚みが０．２ｍｍ及びＳＵＳ３０４製金
属板の厚みが０．８ｍｍ、ジルコニア製増厚板の厚みが
１１．４ｍｍ、パイロフィライトガスケットの外径φ４
が８０ｍｍ、その紙ガスケットとの接触部の高さＨ３が
１４．５ｍｍ、さらには外径２００ｍｍ、内径８１ｍｍ
の紙ガスケット２８枚で構成された２種類の高温高圧発
生装置を用い、黒鉛円筒に充填された複数枚のＰ−ＢＮ
板のうち、９９％以上がｃＢＮに転換したＰ−ＢＮ板の
枚数の割合を８５％以上とするためのｃＢＮの熱力学的
安定条件の一例をあげると次の通りとなる。

【００６５】前者（反応室の外径２８ｍｍ）及び後者
（反応室の外径２９．４ｍｍ）の高温高圧発生装置に、
力量２８５０トンをかけた後電力を付与し、温度２１０
０℃で４０分間保持、加熱終了後、除圧するという通常
の合成条件では、上記ｃＢＮに転換したＰ−ＢＮ板の枚
数の割合は、前者では６０％程度、後者では４５％程度
である。そこで、ｃＢＮの合成中に力量を増加する手法
を取り入れ、両者とも加熱保持開始から２０分程度で、
前者については３５００トン、後者については４０００
トンまで力量を徐々に増加し、さらにその力量で２０分
保持すると、ｃＢＮに転換したＰ−ＢＮ板の枚数の割合
はいずれも８５％程度にまで増加する。

【００６６】

【実施例】以下、実施例、比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。

【００６７】〔実施例１〕シリンダ体の内径が５０ｍ
ｍ、アンビル体先端部の直径が４２ｍｍのフラットベル
ト型高温高圧発生装置の中央空間部及びその周辺部に、
図１に従い以下の部材を配置した。

【００６８】（１）黒鉛円筒８からなる反応室の外径
（φ１）を２４ｍｍ、肉厚を１．５ｍｍ、蓋の厚みを
１．５ｍｍとし、反応室の高さ（Ｈ１）を３０ｍｍとし
た。 （２）ｃＢＮ原料１０として、密度２．１０ｇ／ｃｍ³
のＰ−ＢＮ円板２０枚を上記反応室に密に充填した。充
填されたＰ−ＢＮ円板の総重量は１９．６ｇであった。 （３）圧力媒体７は、１０重量％のジルコニア粉を含有
した食塩からなり、その相対密度を９７％とした。 （４）ガスケット１１をパイロフィライトガスケットと
し、その外径（φ４）を８０ｍｍ、ガスケット１１とガ
スケット１２（紙ガスケット）との接触部の高さ（Ｈ
３）を１４．５ｍｍとした。 （５）増圧板５は、ジルコニア製であり、その気孔率が
３％、Ｘｍが０．１５であり、厚みは１１．４ｍｍとし
た。 （６）電極板６はモリブデン製電極板、金属板３はステ
ンレス板（ＳＵＳ板）であり、いずれもその径は４２ｍ
ｍとし、また厚みはそれぞれ０．２ｍｍ及び０．８ｍｍ
とした。 （７）通電用金属リング４は、外径４２ｍｍ、肉厚１ｍ
ｍ、高さ１１．４ｍｍとし、食塩封止リング９は、外径
４２ｍｍ、肉厚１．４ｍｍ、高さ６ｍｍとした。 （８）ガスケット１２を紙ガスケットとし、その外径２
００ｍｍ、内径８１ｍｍ、厚み０．４５ｍｍであるもの
を２８枚重ねた。

【００６９】以上のようにして構成された高温高圧発生
装置の発生圧力を測定するため、反応室中心部にＡｇペ
レットを投入し、熱電対の先端をこのＡｇに接触させ、
圧力媒体、パイロフィライトガスケット及び紙ガスケッ
トを通して、外部に熱電対を引き出した。この装置に３
２００トンの力量をかけ、これを保持しながら加熱を行
い、Ａｇの溶融温度から発生圧力を調べたところ、８．
０ＧＰａであった。また、この値からＰ１／Ｐを計算し
たところ、０．３５であった。

【００７０】次に、上記で構成された高温高圧発生装置
を用い、以下の条件にしてｃＢＮの合成を行った。すな
わち、初めに力量を３２００トンまで徐々にかけてい
き、この力量に到達した時点で、これを保持しつつ加熱
を開始し、２１００℃まで昇温した。この温度で４０分
保持後、加熱を止め徐々に力量を下げ大気圧まで戻し、
試料を回収した。

【００７１】回収した試料は、黒色の円板状の板であ
り、各々の板について、その表面をＸ線回折法により測
定し、ｃＢＮへの転換量を次の（２）式により測定し
た。 ｃＢＮへの転換量％＝ＩcBN111×100/ (ＩcBN111＋ＩhBN002）・・・（２）式 ただし、ＩcBN111、ＩhBN002はそれぞれｃＢＮ１１１面
及びｈＢＮ００２面のＸ線回折強度である。

【００７２】その結果、９７％以上に転換したＰ−ＢＮ
板の総重量は１５．７ｇであり、これは原料仕込量に対
して８０％となる。

【００７３】次に、ｃＢＮの合成条件を各種変えて試験
を行った。以後の実施例においては、ジルコニア製増圧
板の板厚は、Ｈ２／Ｈ１が表２になるように調整した。

【００７４】〔実施例２〕反応室の外径（φ１）を２８
ｍｍとし、その寸法にあったＰ−ＢＮ板を充填したこと
以外は、実施例１と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合
成を行った。

【００７５】〔実施例３〕反応室の外径（φ１）を３
１．４ｍｍ、黒鉛円筒の肉厚を１．２ｍｍとしたこと以
外は、実施例１と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成
を行った。

【００７６】〔実施例４〕紙ガスケット枚数を２６枚、
力量を２８５０トンとしたこと以外は、実施例３と同様
な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００７７】〔実施例５〕加熱保持直後、２０分かけて
３５００トンまで徐々に力量をあげ、この力量下で２０
分加熱したこと以外は、実施例２と同様な方法で圧力測
定とｃＢＮの合成を行った。

【００７８】〔実施例６〕加熱保持直後、２０分かけて
４０００トンまで徐々に力量をあげ、この力量下で２０
分加熱したこと以外は、実施例４と同様な方法で圧力測
定とｃＢＮの合成を行った。

【００７９】〔実施例７〕原料Ｐ−ＢＮ板として、密度
２．０５ｇ／ｃｍ³ を使用し、反応室の外径（φ１）を
２８ｍｍ、反応室の高さ（Ｈ１）を２７ｍｍ、また圧力
媒体として１５％ジルコニア粉含有品を、またジルコニ
ア増圧板として気孔率が４％でＸｍが０．２０であるも
のをそれぞれ使用し、さらに紙ガスケット枚数を３１
枚、力量を２８５０トンとし、２０５０℃で３０分加熱
したこと以外は、実施例１と同様な方法で圧力測定とｃ
ＢＮの合成を行った。

【００８０】〔実施例８〕反応室の高さ（Ｈ１）を２４
ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの総和（Ｈ２）を５
５．２ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との接触
部の高さ（Ｈ３）を１４．７ｍｍとし、さらに紙ガスケ
ット枚数を３０枚にしたこと以外は、実施例７と同様な
方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８１】〔実施例９〕反応室の高さ（Ｈ１）を２４
ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの総和（Ｈ２）を３
８．４ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との接触
部の高さ（Ｈ３）を６．３ｍｍとし、さらに紙ガスケッ
ト枚数を２７枚、力量を３５００トンとしたこと以外
は、実施例７と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を
行った。

【００８２】〔実施例１０〕反応室の高さ（Ｈ１）を３
４ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの総和（Ｈ２）を６
２．２ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との接触
部の高さ（Ｈ３）を１８．２ｍｍとし、圧力媒体として
２０％のジルコニア粉含有品を、またジルコニア増圧板
として気孔率が３．５％でＸｍが０．３０であるものを
それぞれ使用し、さらに紙ガスケットを２８枚、力量を
３２００としたこと以外は、実施例７と同様な方法で圧
力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８３】〔実施例１１〕反応室の高さを含めた高さ
の総和（Ｈ２）を５４．４ｍｍ、ガスケット１１とガス
ケット１２との接触部の高さ（Ｈ３）を１４．３ｍｍ、
力量を３５００トンとしたこと以外は、実施例１０と同
様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８４】〔実施例１２〕原料Ｐ−ＢＮ板として密度
２．１２ｇ／ｃｍ³ のものを使用し、反応室の外径（φ
１）を３１．４ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの総和
（Ｈ２）を６９ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２
との接触部の高さ（Ｈ３）を２１．６ｍｍ、圧力媒体と
して３０％のジルコニア粉含有品を、またジルコニア増
圧板として気孔率５％でＸｍが０．１５であるものをそ
れぞれ使用し、さらに力量を２６５０トン、加熱を２０
５０℃で３０分としたこと以外は、実施例１と同様な方
法で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８５】〔実施例１３〕反応室の外径（φ１）を３
４ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様な方法で圧力
測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８６】〔実施例１４〕反応室の外径（φ１）を２
４ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との接触部の
高さ（Ｈ３）を１５．４ｍｍ、圧力媒体として５％のジ
ルコニア粉含有品をを使用したこと以外は、実施例１と
同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８７】〔実施例１５〕反応室の外径（φ１）を３
１．４ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との接触
部の高さ（Ｈ３）を１３．４ｍｍとした以外は、実施例
１４と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８８】〔実施例１６〕反応室の外径（φ１）を２
４ｍｍ、ガスケット１１の外径（φ４）を７５ｍｍ、紙
ガスケットをφ２００ｍｍ×φ７６ｍｍとし、ジルコニ
ア増圧板として気孔率５％でＸｍが０．１５であるもの
を使用したこと以外は、実施例１３と同様な方法で圧力
測定とｃＢＮの合成を行った。

【００８９】〔実施例１７〕反応室の外径（φ１）を２
４ｍｍ、ガスケット１１の外径（φ４）を８５ｍｍ、紙
ガスケットをφ２００ｍｍ×φ８６ｍｍとし、ジルコニ
ア増圧板として気孔率５％でＸｍが０．１５であるもの
を使用したこと以外は、実施例１３と同様な方法で圧力
測定とｃＢＮの合成を行った。

【００９０】〔実施例１８〕アンビル体先端部の直径を
４１ｍｍ、反応室の外径（φ１）を２８ｍｍ、反応室の
高さ（Ｈ１）を２８ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの
総和（Ｈ２）を５０．４ｍｍ、ガスケット１１とガスケ
ット１２との接触部の高さ（Ｈ３）を１２．３ｍｍと
し、圧力媒体として５％ジルコニア粉含有品を、またジ
ルコニア増圧板として気孔率３．５％でＸｍが０．２５
であるものをそれぞれ使用し、さらに紙ガスケット枚数
を２９枚、力量を３０５０トンとし、２０５０℃で３０
分加熱したこと以外は、実施例１と同様な方法で圧力測
定とｃＢＮの合成を行った。

【００９１】〔実施例１９〕アンビル体先端部の直径を
４３ｍｍとしたこと以外は、実施例１８と同様な方法で
圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００９２】〔実施例２０〕シリンダ体の内径が４０ｍ
ｍ、アンビル体先端部の直径が３３．６ｍｍのフラット
ベルト型高温高圧発生装置の中央空間部及びその周辺部
に、図１に従い以下の部材を配置した。

【００９３】（イ）黒鉛円筒８からなる反応室の外径
（φ１）を１９．２ｍｍ、肉厚を１．２ｍｍ、蓋の厚み
を１．５ｍｍとし、反応室の高さ（Ｈ１）を２４ｍｍと
した。 （ロ）ｃＢＮ原料１０として、密度２．１２ｇ／ｃｍ³
のＰ−ＢＮ円板１２枚を上記反応室に密に充填した。充
填されたＰ−ＢＮ円板の総重量は９．９ｇであった。 （ハ）圧力媒体７は、１０重量％のジルコニア粉を含有
した食塩からなり、その相対密度を９６％とした。 （ニ）ガスケット１１をパイロフィライトガスケットと
し、その外径（φ４）を６４ｍｍ、ガスケット１１とガ
スケット１２（紙ガスケット）との接触部の高さ（Ｈ
３）を１１．６ｍｍとした。 （ホ）増圧板５は、ジルコニア製であり、その気孔率が
３％、Ｘｍが０．１５であり、厚みは９．１ｍｍとし
た。 （ヘ）電極板６はモリブデン製電極板、金属板３はステ
ンレス板（ＳＵＳ板）であり、いずれもその径は３３．
６ｍｍとし、また厚みはそれぞれ０．２ｍｍ及び０．６
ｍｍとした。 （ト）通電用金属リング４は、外径３３．６ｍｍ、肉厚
０．８ｍｍ、高さ９．１ｍｍとし、食塩封止リング９
は、外径３３．６ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ、高さ５ｍｍと
した。 （チ）ガスケット１２を紙ガスケットとし、その外径１
６０ｍｍ、内径６５ｍｍ、厚み０．４５ｍｍであるもの
を２２枚重ねた。

【００９４】以上の高温高圧発生装置に力量を２０５０
トンかけたこと以外は、実施例１と同様な方法で圧力測
定とｃＢＮの合成を行った。

【００９５】〔実施例２１〕反応室の外径（φ１）を２
２．４ｍｍとしたこと以外は、実施例２０と同様な方法
で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【００９６】〔実施例２２〕反応室の外径（φ１）を２
５．１ｍｍとし、黒鉛円筒の肉厚を１ｍｍとしたこと以
外は、実施例２０と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合
成を行った。

【００９７】〔実施例２３〕反応室の高さ（Ｈ１）を１
９．２ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの総和（Ｈ２）
を３０．７ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との
接触部の高さ（Ｈ３）を５．０ｍｍ、圧力媒体として１
５％ジルコニア粉含有品を、またジルコニア増圧板とし
て気孔率４％でＸｍが０．２０であるものをそれぞれ使
用し、さらに紙ガスケット枚数を２１枚、力量を２２５
０トンとし、２０５０℃で３０分加熱したこと以外は、
実施例２１と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行
った。

【００９８】〔実施例２４〕反応室の高さ（Ｈ１）を２
７．２ｍｍ、反応室の高さを含めた高さの総和（Ｈ２）
を５０．０ｍｍ、ガスケット１１とガスケット１２との
接触部の高さ（Ｈ３）を１４．７ｍｍ、圧力媒体として
２０％ジルコニア粉含有品を、またジルコニア増圧板と
して気孔率３．５％でＸｍが０．３０であるものをそれ
ぞれ使用し、２０５０℃で３０分加熱したこと以外は、
実施例２１と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合成を行
った。

【００９９】〔実施例２５〕反応室の外径（φ１）を２
７．２ｍｍとしたこと以外は、実施例２０と同様な方法
で圧力測定とｃＢＮの合成を行った。

【０１００】〔実施例２６〕反応室の外径（φ１）を２
２．４ｍｍ、反応室の高さ（Ｈ１）を２１．６ｍｍ、圧
力媒体として１５％ジルコニア粉含有品を、またジルコ
ニア増圧板として気孔率４％でＸｍが０．２０であるも
のをそれぞれ使用し、力量を１８２０トン、２０５０℃
で３０分加熱、紙ガスケット枚数を２５枚としたこと以
外は、実施例２０と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの合
成を行った。

【０１０１】〔比較例１〕紙ガスケット枚数を２３枚と
したこと以外は、実施例４と同様な方法で圧力測定を行
ったところ、除圧中、１２００トンでブローアウトが発
生した。

【０１０２】〔比較例２〕ガスケット１１とガスケット
１２との接触部の高さ（Ｈ３）を１２．４ｍｍとしたこ
と以外は、実施例４と同様な方法で圧力測定とｃＢＮの
合成を行った。その結果、ｃＢＮの合成時、２１００℃
保持に入った直後に黒鉛円筒割れにより加熱をすること
ができなくなった。

【０１０３】〔比較例３〕反応室の高さを含めた高さの
総和（Ｈ２）を６４．８ｍｍ、ガスケット１１とガスケ
ット１２との接触部の高さ（Ｈ３）を１９．５ｍｍとし
たこと以外は、実施例７と同様な方法で圧力測定とｃＢ
Ｎの合成を行った。その結果、ｃＢＮの合成時、昇温中
に黒鉛円筒割れにより加熱をすることができなくなっ
た。

【０１０４】〔比較例４〕反応室の高さを含めた高さの
総和（Ｈ２）を６０．０ｍｍ、ガスケット１１とガスケ
ット１２との接触部の高さ（Ｈ３）を１７．１ｍｍとし
たこと以外は、実施例８と同様な方法で圧力測定を行お
うとしたが、加圧中７８０トンをかけたところでブロー
アウトが発生した。

【０１０５】〔比較例５〕ガスケット１１とガスケット
１２との接触部の高さ（Ｈ３）を２０．１ｍｍとしたこ
と以外は、実施例１０と同様な方法で圧力測定とｃＢＮ
の合成を行った。その結果、発生圧力は７ＧＰａ未満で
あり、ｃＢＮの合成では９７％以上の転換量を示したＰ
−ＢＮ板は１枚もなかった。

【０１０６】〔比較例６〕反応室の高さを含めた高さの
総和（Ｈ２）を５１．０ｍｍ、ガスケット１１とガスケ
ット１２との接触部の高さ（Ｈ３）を１２．６ｍｍとし
たこと以外は、実施例１１と同様な方法で圧力測定とｃ
ＢＮの合成を行った。その結果、発生圧力は７ＧＰａ未
満であり、ｃＢＮの合成では９７％以上の転換量を示し
たＰ−ＢＮ板は１枚もなかった。

【０１０７】〔比較例７〕アンビル体先端部の直径を４
０ｍｍとしたこと以外は、実施例１８と同様な方法で圧
力測定を行おうとしたが、加圧中１４００トンをかけた
ところでブローアウトが発生した。

【０１０８】〔比較例８〕アンビル体先端部の直径を４
４ｍｍとしたこと以外は、実施例１９と同様な方法で圧
力測定とｃＢＮの合成を行った。その結果、発生圧力は
７ＧＰａ未満であり、ｃＢＮの合成では９７％以上の転
換量を示したＰ−ＢＮ板は１枚もなかった。

【０１０９】以上の実施例１〜２６、比較例１〜８のま
とめを表に示した。表１〜表３には実施例１〜２６にお
ける実験条件が、また表４〜表６にはその結果が主とし
て記載されている。また、表７には比較例１〜８の実験
条件が、また表８にはその結果が主として記載されてい
る。

【０１１０】

【表１】

【０１１１】

【表２】

【０１１２】

【表３】

【０１１３】

【表４】

【０１１４】

【表５】

【０１１５】

【表６】

【０１１６】

【表７】

【０１１７】

【表８】

【０１１８】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、高強度かつ
高靱性の多結晶型ｃＢＮを多量かつ安定に製造すること
ができる。

【０１１９】また、本発明の高温高圧発生装置によれ
ば、高強度かつ高靱性の多結晶型ｃＢＮを多量かつ安定
に製造することのできる高温高圧を安定して発生させる
ことができる。本発明の高温高圧発生装置は、ｃＢＮの
合成の使用に限られることなく、ダイヤモンド等の合成
にも使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｃＢＮ合成装置の概略断面図。

【符号の説明】

１ シリンダ体 ２ アンビル体 ３ 金属板 ４ 通電用金属リング ５ 増圧板 ６ 電極板 ７ 圧力媒体 ８ 黒鉛円筒 ９ 食塩封止リング １０ ｃＢＮ原料 １１ ガスケット １２ ガスケット １３ 黒鉛製蓋 φ１ 反応室の外径 φ２ 圧力媒体の外径 φ３ シリンダ体の内径 φ４ ガスケット１１の外径 Ｈ１ 反応室の高さ Ｈ２ 反応室の高さＨ１と２枚の電極板６と２枚の増圧
板５と２枚の金属板３との厚みの総和 Ｈ３ ガスケット１１とガスケット１２との接触部の高
さ Ｐ 使用力量 Ｐ１ アンビル先端部面積と発生圧力の積で表される力
量

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のアンビル体（２）の間に、ガスケ
   ット（１１）、（１２）を介してシリンダ体（１）を配
   置して中央空間部を形成させ、その中央空間部のアンビ
   ル体側には電極板（６）、増圧板（５）及び金属板
   （３）を順次設置すると共に、シリンダ体側には圧力媒
   体（７）を設置して反応室を形成させ、そのような高温
   高圧発生装置の上記反応室にｃＢＮ原料（１０）の充填
   された黒鉛円筒（８）を装填し、ｃＢＮの熱力学的安定
   条件下で保持する方法において、使用力量（Ｐ）に対す
   るアンビル先端部面積と発生圧力の積で表される力量
   （Ｐ１）との比（Ｐ１／Ｐ）を７ＧＰａ以上の圧力下に
   おいて０．４０以下にすることを特徴とする多結晶型立
   方晶窒化ホウ素の製造方法。
2. 【請求項２】 高温高圧発生装置がフラットベルト型で
   あることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 一対のアンビル体（２）の間に、ガスケ
   ット（１１）、（１２）を介してシリンダ体（１）を配
   置して中央空間部を形成させ、その中央空間部のアンビ
   ル体側には電極板（６）、増圧板（５）及び金属板
   （３）を順次設置すると共に、シリンダ体側には圧力媒
   体（７）を設置して反応室を形成させ、そのような高温
   高圧発生装置の上記反応室にｃＢＮ原料（１０）の充填
   された黒鉛円筒（８）を装填し、ｃＢＮの熱力学的安定
   条件下で保持する方法において、以下の（ａ）〜（ｄ）
   の条件で実施することを特徴とする多結晶型立方晶窒化
   ホウ素の製造方法。 （ａ）シリンダ体の内径（φ３）に対する反応室の高さ
   （Ｈ１）の比（Ｈ１／φ３）が０．４８以上０．６８以
   下。 （ｂ）反応室の高さ（Ｈ１）に対する反応室の高さ（Ｈ
   １）と電極板、増圧板及び金属板の厚みとの総和（Ｈ
   ２）の比（Ｈ２／Ｈ１）が１．６以上、２．３以下。 （ｃ）シリンダ体の内径（φ３）に対する圧力媒体の外
   径（φ２）の比（φ２／φ３）が０．８２以上、０．８
   ６以下。 （ｄ）ガスケット（１１）とガスケット（１２）との接
   触部の高さ（Ｈ３）が（Ｈ２／２）−１４×φ３／５０
   以上、（Ｈ２／２）−１２×φ３／５０以下。
4. 【請求項４】 高温高圧発生装置がフラットベルト型で
   あることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 ｃＢＮの熱力学的安定条件が、使用力量
   （Ｐ）に対するアンビル先端部面積と発生圧力の積で表
   される力量（Ｐ１）との比（Ｐ１／Ｐ）が０．４０以下
   であることを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 【請求項６】 シリンダ体の内径（φ３）に対する黒鉛
   円筒からなる反応室の外径（φ１）の比（φ１／φ３）
   が０．６８以下であることを特徴とする請求項３記載の
   方法。
7. 【請求項７】 ｃＢＮの熱力学的安定条件下で保持して
   いる最中に力量を増加させることを特徴とする請求項１
   〜６のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】 ｃＢＮ原料（１０）が密度２．０５ｇ／
   ｃｍ³ 以上の熱分解窒化ホウ素板であることを特徴とす
   る請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 電極板（６）がモリブデン製、増圧板
   （５）がジルコニア製、金属板（３）がステンレス製で
   あることを特徴とする請求項７記載の方法。
10. 【請求項１０】 ガスケット（１１）がパイロフィライ
    トガスケット、ガスケット（１２）が紙ガスケットであ
    ることを特徴とする請求項７記載の方法。
11. 【請求項１１】 圧力媒体（７）が５〜３０重量％のジ
    ルコニア粉末を含む食塩を成分とした相対密度９２％以
    上の中空円筒状成形体であることを特徴とする請求項７
    記載の方法。
12. 【請求項１２】 ジルコニア製増圧板が、立方晶及び／
    又は正方晶と単斜晶からなり、次の（１）式で算出され
    たＸｍ値が０．３以下（０を含む）であることを特徴と
    する請求項７記載の方法。 【数１】
13. 【請求項１３】 一対のアンビル体（２）の間に、ガス
    ケット（１１）、（１２）を介してシリンダ体（１）を
    配置して中央空間部を形成させ、その中央空間部のアン
    ビル体側には電極板（６）、増圧板（５）及び金属板
    （３）を順次設置すると共に、シリンダ体側には圧力媒
    体（７）を設置して反応室を形成させ、その反応室に黒
    鉛円筒（８）が装填されてなる装置において、さらに更
    に以下の（ａ）〜（ｄ）の条件が付加されてなることを
    特徴とする高温高圧発生装置。 （ａ）シリンダ体の内径（φ３）に対する反応室の高さ
    （Ｈ１）の比（Ｈ１／φ３）が０．４８以上０．６８以
    下。 （ｂ）反応室の高さ（Ｈ１）に対する反応室の高さ（Ｈ
    １）と電極板、増圧板及び金属板の厚みとの総和（Ｈ
    ２）の比（Ｈ２／Ｈ１）が１．６以上、２．３以下。 （ｃ）シリンダ体の内径（φ３）に対する圧力媒体の外
    径（φ２）の比（φ２／φ３）が０．８２以上、０．８
    ６以下。 （ｄ）ガスケット（１１）とガスケット（１２）との接
    触部の高さ（Ｈ３）が（Ｈ２／２）−１４×φ３／５０
    以上、（Ｈ２／２）−１２×φ３／５０以下。
14. 【請求項１４】 高温高圧発生装置がフラットベルト型
    であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 シリンダ体の内径（φ３）に対する黒
    鉛円筒からなる反応室の外径（φ１）の比（φ１／φ
    ３）が０．６８以下であることを特徴とする請求項１３
    又は１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 電極板（６）がモリブデン製、増圧板
    （５）がジルコニア製、金属板（３）がステンレス製、
    ガスケット（１１）がパイロフィライトガスケット、ガ
    スケット（１２）が紙ガスケットであることを特徴とす
    る請求項１３又は１４記載の装置。
17. 【請求項１７】 圧力媒体（７）が５〜３０重量％のジ
    ルコニア粉末を含む食塩を成分とした相対密度９２％以
    上の中空円筒状成形体であることを特徴とする請求項１
    ３又は１４記載の装置。
18. 【請求項１８】 ジルコニア製増圧板が、立方晶及び／
    又は正方晶と単斜晶からなり、次の（１）式で算出され
    たＸｍ値が０．３以下（０を含む）であることを特徴と
    する１３又は１４記載の装置。 【数２】