JPS59169910A - 立方晶形窒化硼素結晶の成長方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温、高圧下で立方晶形窒化硼素（ＯＢＮ）
を合成する際、種子となる立方晶形窒化硼素粒子を用い
、結晶を成長させる方法に関し、ゝ（ 特に粒　のそろった立方晶形窒化硼素を得る方法に関す
るものである。

静水圧法で立方晶形窒化硼素を合成する場合、発生する
核の数を制御し、相平衡線のごく近傍にある温度と圧力
の下に成長させることが、包有物の少ない、形の良い結
晶を収率良く得るうえで車装である。種子を用いる結晶
成長法は、核の数を制御する有効な手段である。

料源を温度差のある溶媒物質を介して存在させ、低温側
の種子を成長させる方法であり、後者は、立方晶形窒化
硼素粒子の周囲に付着した溶媒物質よって立方晶形窒化
硼素結晶を成長させる方法である。後者では、核発生か
ら出発することもできるが、種子を用いれば、核の数の
制御が容易にできる。しかし、如何に核の数を制御し得
たとしても窒化硼素濃度の過飽和度の高い領域で結晶成
長させた場合は、良い結晶は得られない。結晶の形も悪
くなり、また溶媒物質、原料物質、気泡など不純物の包
有も多くなる。過飽和度を下げるには、相平衡線のごく
近傍にある温度、圧力条件に保持する必要がある。しか
し工業的な超高圧合成装置において、反応部の温度と圧
力を定常的に測定し、目的とする値にコントロールする
ことは極めて困難である（特公昭５２−１０８３４）。

本件の発明者らは、視点を変えた検討を重ねた結果、立
方晶形窒化硼素の合成において、温度、−き− 圧力を直接制御していなくても、良い結晶の収率高め、
しかも目標とする粒度の結晶の取得率を向上させる手段
を見出し、本発明に至った。

立方晶形窒化硼素の合成においては、低圧相窒化硼素と
溶媒物質さらには必要によりその他の金属を配置して原
料をカプセルに装填し、更に超高圧容器に入れてプレス
により加圧し、加圧した状態でカプセルに組込んだ発熱
体或は試料そのものに電流を流すことで発熱させ、合成
に必要な温度条件を達成する。

溶媒物質としてはアルカリ金属、アルカリ土類金属およ
びこれらの窒化物を使用する。また原料中に配合する他
の金属としては、Ｓ　夏＋　ＭＯ＋　Ｚｒ　＋　Ｔ　ｌ
　＋Ａｆｆｌ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｐｂ、　Ｂ、Ｏおよびこれ
らの硅化物や硼化物、窒化物を添加しても良い。これら
の金属を添加する効果は結 晶の過度の成長速度を抑え、形状の良い結晶が得られる
点にある。

しかしながらあまり多量に添加すると成長速度が遅くな
り、工業的に不利となるので添加量は極微量にとどめる
べきである。

低圧相窒化硼素と溶媒物質との配置方法は、それらを交
互に積層する方法、両者の粉末を混合成形したものを使
用する方法などがちる。

立方晶形窒化硼素の合成において、その結晶ザイズは基
本的には合成に必要な時間、立方晶核の発生量、供給さ
れる原料窒化硼素の量に依存する。

核の発生にあたり種子を用いれば核の数の制御は可能で
あるが、核の偏在化、試料内の位置における核成長の時
間的ズレ、核あるいは成長粒子同志の干渉等要因により
、粒径のそろった立方晶窒化硼素の結晶を収率良く得る
ことは困難である。

本発明は上記難点を解消するためにな去れたものであり
、立方晶形磁化硼素生成系内において、個々の結晶がそ
の核発生、成長過程において原則的には互に干渉するこ
となく、独立に生成するようにしたものである。

すなわち、種子となる立方晶形窒化硼素の微少粒子を、
圧力媒体中に互に接触することなく、平面的または立体
的に規則的に分散配置したものを原料として使用する方
法である。

種子を平面的または立体的に規則的に配置する圧力、温
度のミクロなノ（ラツキも小さくなる。まもよるが、数
千から数十方何の種子を配置する必要があり、これまで
、種子を規則的に配置した合成例はなかった。

種子の規則的配置については、いろいろな方法があるが
、原料物質と溶媒物質等が交互に積み重ねられるいわゆ
る積層法においては、原料物質または溶媒物質等に規則
的に凹孔を設け、種子を埋込めば良い。

たとえば第１図、にその−例を示す。第１図（ａ）は断
面を示す図で１は原料物質または溶媒物質力・らなる圧
力媒体、２は凹孔である。第１図（ｂ）は平面配置を示
す図で、凹孔の間隔βは１００〜１０００μとするのが
良い。凹孔２の大きさは特に制限するものではなく１．
種子が入るものであれば良い。種子結晶の大きさは特に
制限はないが、通常は３０μ以上のものが使用されてい
る。

第１図は平ｍｌ的な配置を示したが、このようにした原
料物質または溶媒物質からなる圧力媒体を積層構造とし
て等間隔に配置すれば、立体的にも規則的に配置するこ
とができる。

原料物質と溶媒物質が粉末（または粒状）混合の場合は
、適当な厚みの板に成型すれば、前述の方法が適用でき
る。その他、積層構成板に種子を直接圧入することもで
きる。積層物質が金属板の場合は、凹孔をうがつ方法と
して、機械的な方法の外に、フォトエツチングを含むエ
ツチング法、放電加工による方法、レーザー加工による
方法、などが考えられｍ孔は貫通していても良いが、貫
通して〆ない方が、取扱い上、便利でちる。凹孔の中に
種子を埋込むには、凹孔をうがたれた積層構成板」二に
種子をばらまき適当な振動を与えれば良い。その場合、
種子の表面に帯電防止処理が施こされていることが望ま
しい。簡便な帯電防止処理として、導電性物質の塗布ま
たは、被覆がある。種子にアルカリまたはアルカリ土類
金属または、■族、ｈ１族の元素もしくはそれらの窒化
物をコートしたものを用いても良い。

種子を配置すべき積層構成板が、金属板などの場合は、
表面に微量の接着性物質をスボント状に塗布し、その部
分へ、裸または、被覆された種子を接着させることもで
きる。また適当な開孔部をもつ網を使用することもでき
る。種子を配置する方法としては、電子部品自動装入装
置を用いることもできる。

上記のような系において、その反応系に期待し得る立方
晶形窒化硼素の総成長量を、種子の数と種子１個当りの
平均成長希望量の積に一致するように種子の数を決めて
やれば、狙った粒度の立方晶形窒化硼素を分布ｒｌコ狭
く得ることができる。総成長量（期待値）を系統的に知
るには、最終荷重を変えた合成をすれば良い。量を多く
取るためには、合成装置に許される範囲内で、最終荷重
を高くすることが必要である。といって、種子密度が高
くなりすぎると成長した粒同志が干渉し合うようになる
。なお、粒度分布中を狭くする別の方法として、反応部
の温度分布、圧力分布を考慮に入れ、半径方向と上下方
向の種子配列の間隔、種子の大きさを変えることも有効
である。

次に実施例をあげて本発明を説明する。

実施例 外径２８．６ｍｍ９６内径２６　ｍｍ　９６長さ３８　
ｍｍの黒鉛製円筒形のヒーターの中に反応物質として、
直径２６龍り厚さ１４朋の六方晶形窒化硼素（ＨＢＮ）
成型体円板と厚さ０４朋のリチウムカルシウムボロンナ
イトライド成型体円板とを交互に配置した。この反応系
において、六方晶形窒化硼素成型体の板に中心間隔０．
６ｍｍに格子状にうがった０、３朋グＸ　Ｏ，２５ｍｍ
　ｄの凹孔の中に、粒度＄１２０／１４０の種子となる
立方晶形窒化硼素粒子を配置した。両端をろう石板で保
温し、さらに鉄製の蓋をし、ベルト型超高圧合成装置に
装着して加圧すると共に、ヒーターに通電し間接加熱に
より昇温させた。この場合の反応条件は圧力約≠５７　
ｋｂ　、温度約〆１４５０°Ｃと推定される。

反応時間は１５分とした。

この結果、約６ｇの立方晶形窒化硼素が得られたが、約
４０％が＃５０／６０に集中し、茶色透明でブロッキー
な良質な結晶の収率も従来の４０チから８０チと２倍に
向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力媒体に規則的に凹孔を配置した例を示す説
明図である。 特許出願人　昭和電工株式会社 第１図 （（：Ｌ）。 ／ （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）低圧相窒化硼素と溶媒物質を主成分とする反応物
   質を立方晶形窒化硼素（ＣＢＮ）安定領域の圧力・温度
   条件下に供して、立方晶形窒化硼素を合成する反応にお
   いて、種子とみる立方晶形窒化硼素粒子を平面的または
   立体的に規則的に配置することを特徴とする立方晶形窒
   化硼素結晶の成長方法。