JP2000143232A - ホウ炭化スカンジウム及びその製造方法 - Google Patents
ホウ炭化スカンジウム及びその製造方法Info
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- JP2000143232A JP2000143232A JP10333424A JP33342498A JP2000143232A JP 2000143232 A JP2000143232 A JP 2000143232A JP 10333424 A JP10333424 A JP 10333424A JP 33342498 A JP33342498 A JP 33342498A JP 2000143232 A JP2000143232 A JP 2000143232A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分光素子材料や熱電素子材料等として有用な
新規なホウ炭化スカンジウム化合物の提供。 【解決手段】 一般式ScB(15+X)C(1.60+Y)、(−2
<x<2)、(−0.8<y<1.0)で示されるホウ
炭化スカンジウム化合物を、Sc2 O3 に下記の反応式
(1)に基づく割合のホウ素を混合して得た混合物を真
空中または不活性ガス雰囲気中で1500〜1850℃
の温度範囲で反応させてホウ化スカンジウム化合物を
得、さらに該ホウ化スカンジウム化合物に下記の反応式
(2)に基づく割合の炭素を混合して得た混合物を上記
と同じ反応条件で反応させるて製造する。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
新規なホウ炭化スカンジウム化合物の提供。 【解決手段】 一般式ScB(15+X)C(1.60+Y)、(−2
<x<2)、(−0.8<y<1.0)で示されるホウ
炭化スカンジウム化合物を、Sc2 O3 に下記の反応式
(1)に基づく割合のホウ素を混合して得た混合物を真
空中または不活性ガス雰囲気中で1500〜1850℃
の温度範囲で反応させてホウ化スカンジウム化合物を
得、さらに該ホウ化スカンジウム化合物に下記の反応式
(2)に基づく割合の炭素を混合して得た混合物を上記
と同じ反応条件で反応させるて製造する。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホウ炭化スカンジ
ウム化合物及びその製造方法に関する。より詳細には分
光素子材料や熱電素子材料等として有用な新規なホウ炭
化スカンジウム化合物及びその製造方法に関する。
ウム化合物及びその製造方法に関する。より詳細には分
光素子材料や熱電素子材料等として有用な新規なホウ炭
化スカンジウム化合物及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来から、高機能材料のひとつとして、希
土類多ホウ化物が関心を持たれており、例えば、希土類
多ホウ化物として、YB66が軟X線分光素子材料として
近年開発されている。また、新規な多ホウ化物として、
YB25およびYB50とその希土類置換体、ホウケイ化イ
ットリウムとその希土類置換体が見いだされ、それらの
持つ機能が検討され有用材料として開発されることが期
待されている。さらに多彩な多ホウ化物類縁化合物が発
見、供給されることで、新しい機能が発現することへの
期待も大きい。
土類多ホウ化物が関心を持たれており、例えば、希土類
多ホウ化物として、YB66が軟X線分光素子材料として
近年開発されている。また、新規な多ホウ化物として、
YB25およびYB50とその希土類置換体、ホウケイ化イ
ットリウムとその希土類置換体が見いだされ、それらの
持つ機能が検討され有用材料として開発されることが期
待されている。さらに多彩な多ホウ化物類縁化合物が発
見、供給されることで、新しい機能が発現することへの
期待も大きい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】YB66軟X線分光素子
材料の熱伝導度は低く、輝度の高い放射光ビームライン
での使用に難点があり、利用できる範囲が限られてお
り、これを代替できる機能を持つ高熱伝導度材料の開発
が待たれている。軟X線分光材料としての必要条件は、
長いd一値を持つ回折面がある、電気伝導性がある、軽
い元素で構成されている、Mg、Al、Siなど測定対
象となる元素を含まない、耐熱性に優れる、などであ
る。これらを溝足できる材料として多ホウ化物は他には
ない優れた材料と言える。しかし、従来知られているA
lB12などの多ホウ化物はAlを含むということの他
に、分解化合物で、大型結晶の育成が望めない。また、
ホウケイ化物はSiを含むので、適当とは言えない。本
発明の課題は、機能性材料として実用的にも利用可能
で、特にYB66軟X線分光素子材料を代替できる新規な
希土類多ホウ化物を提供することである。
材料の熱伝導度は低く、輝度の高い放射光ビームライン
での使用に難点があり、利用できる範囲が限られてお
り、これを代替できる機能を持つ高熱伝導度材料の開発
が待たれている。軟X線分光材料としての必要条件は、
長いd一値を持つ回折面がある、電気伝導性がある、軽
い元素で構成されている、Mg、Al、Siなど測定対
象となる元素を含まない、耐熱性に優れる、などであ
る。これらを溝足できる材料として多ホウ化物は他には
ない優れた材料と言える。しかし、従来知られているA
lB12などの多ホウ化物はAlを含むということの他
に、分解化合物で、大型結晶の育成が望めない。また、
ホウケイ化物はSiを含むので、適当とは言えない。本
発明の課題は、機能性材料として実用的にも利用可能
で、特にYB66軟X線分光素子材料を代替できる新規な
希土類多ホウ化物を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、希土類多ホ
ウ化物について、少量の炭素を加えた新規なホウ炭化物
について種々検討した結果、新規なホウ炭化スカンジウ
ムを見出し、本発明を完成した。本発明は、一般式Sc
B(15+X)C(1.60+Y)、(−2<x<2)、(−0.8<
y<1.0)で示される斜方晶系のホウ炭化スカジウム
化合物である。
ウ化物について、少量の炭素を加えた新規なホウ炭化物
について種々検討した結果、新規なホウ炭化スカンジウ
ムを見出し、本発明を完成した。本発明は、一般式Sc
B(15+X)C(1.60+Y)、(−2<x<2)、(−0.8<
y<1.0)で示される斜方晶系のホウ炭化スカジウム
化合物である。
【0005】また、本発明は、Sc2 O3 に下記の反応
式(1)に基づく割合のホウ素を混合して得た混合物を真
空中または不活性ガス雰囲気中で1500〜1850℃
の温度範囲で反応させてホウ化スカンジウム化合物を
得、さらに該ホウ化スカンジウム化合物に下記の反応式
(2)に基づく割合の炭素を混合して得た混合物を上記
と同じ反応条件で反応させることを特徴とする上記の新
規なホウ炭化スカンジウム化合物の製造方法である。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
式(1)に基づく割合のホウ素を混合して得た混合物を真
空中または不活性ガス雰囲気中で1500〜1850℃
の温度範囲で反応させてホウ化スカンジウム化合物を
得、さらに該ホウ化スカンジウム化合物に下記の反応式
(2)に基づく割合の炭素を混合して得た混合物を上記
と同じ反応条件で反応させることを特徴とする上記の新
規なホウ炭化スカンジウム化合物の製造方法である。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
【0006】即ち、本発明の新規なホウ炭化スカンジウ
ムは、その中心組成が、既に知られているSc−B−C
系化合物であるScB17C0.25より少しホウ素量が少な
く、炭素量の多い組成であり、B12クラスターを構造の
基本とする希土類のホウ炭化物である。B12クラスター
を構造の基本とするホウ炭化物の構造の空隙は小さく、
イオン半径の大きい希土類元素を含むのは容易でない
が、本発明者は、Sc−B−C系を探索することによ
り、既に知られているScB17C0.25に加えて、新た
に、一般式ScB(15+X)C(1.60+Y)、(−2<x<
2)、(−0.8<y<1.0)で示されるホウ炭化ス
カンジウム化合物を単一相として合成することに成功し
た。
ムは、その中心組成が、既に知られているSc−B−C
系化合物であるScB17C0.25より少しホウ素量が少な
く、炭素量の多い組成であり、B12クラスターを構造の
基本とする希土類のホウ炭化物である。B12クラスター
を構造の基本とするホウ炭化物の構造の空隙は小さく、
イオン半径の大きい希土類元素を含むのは容易でない
が、本発明者は、Sc−B−C系を探索することによ
り、既に知られているScB17C0.25に加えて、新た
に、一般式ScB(15+X)C(1.60+Y)、(−2<x<
2)、(−0.8<y<1.0)で示されるホウ炭化ス
カンジウム化合物を単一相として合成することに成功し
た。
【0007】このホウ炭化スカンジウム化合物の存在領
域は、一般式で示すと、ScB(15+ X )C(1.60+Y)、(−
2<x<2)、(−0.8<y<1.0)であり、その
結晶構造は斜方晶で、格子定数a=1.0027(1)
nm、b=0.80138(9)nm、c=0.566
68(6)nmである。なお、係数x、yが上記の範囲
を超えると、所定のホウ炭化スカンジウム化合物は得ら
れず、それぞれの領域で、種々の組成のホウ化スカンジ
ウムおよび異なる結晶系に属する別のホウ炭化スカンジ
ウム化合物等との混合物となる。xは、より好ましく
は、−0.5<x<0.5であり、yは、より好ましく
は、−0.3<y<0.4である。
域は、一般式で示すと、ScB(15+ X )C(1.60+Y)、(−
2<x<2)、(−0.8<y<1.0)であり、その
結晶構造は斜方晶で、格子定数a=1.0027(1)
nm、b=0.80138(9)nm、c=0.566
68(6)nmである。なお、係数x、yが上記の範囲
を超えると、所定のホウ炭化スカンジウム化合物は得ら
れず、それぞれの領域で、種々の組成のホウ化スカンジ
ウムおよび異なる結晶系に属する別のホウ炭化スカンジ
ウム化合物等との混合物となる。xは、より好ましく
は、−0.5<x<0.5であり、yは、より好ましく
は、−0.3<y<0.4である。
【0008】YB66の熱伝導度は、室温において約2×
10-2W/cmKであるのに比し、ScB15C1.60で
は、1.2×10-1W/cmKであり、およそ6倍高い
値を示す。このホウ炭化スカンジウム化合物は、およそ
1900℃まで安定に存在するが、それを越えるとホウ
化スカンジウム、別のホウ炭化スカンジウム、タン化ホ
ウ素などの混合物に固相のまま分解する。
10-2W/cmKであるのに比し、ScB15C1.60で
は、1.2×10-1W/cmKであり、およそ6倍高い
値を示す。このホウ炭化スカンジウム化合物は、およそ
1900℃まで安定に存在するが、それを越えるとホウ
化スカンジウム、別のホウ炭化スカンジウム、タン化ホ
ウ素などの混合物に固相のまま分解する。
【0009】この発明の化合物の製造方法としては、S
c2 O3 にホウ素を混合して得た混合物をペレット状に
成形し、これを真空中(1×10-2Pa)または不活性
ガス雰囲気中で1500〜1850℃、より好ましく
は、1650〜1750℃の温度範囲で、真空中での反
応は0.5〜5時間、より好ましくは、2〜3時間、不
活性ガス雰囲気中の反応では、3〜8時問、より好まし
くは5〜6時間保持して十分反応させてホウ化スカンジ
ウム化合物を得る。粉末混合物のままでは反応が十分に
進行しない恐れがあるので、反応を容易に起こさせ、全
量が反応できるように加圧成形してペレット状にするこ
とが望ましいさらにこのホウ化スカンジウム化合物に炭
素を混合して得た混合物をペレット状に成形し、同様の
条件で反応させて得る。Sc2 O3 とホウ素、得られた
炭化スカンジウムと炭素との割合は、それぞれ次の式を
満足させるような量比である。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
c2 O3 にホウ素を混合して得た混合物をペレット状に
成形し、これを真空中(1×10-2Pa)または不活性
ガス雰囲気中で1500〜1850℃、より好ましく
は、1650〜1750℃の温度範囲で、真空中での反
応は0.5〜5時間、より好ましくは、2〜3時間、不
活性ガス雰囲気中の反応では、3〜8時問、より好まし
くは5〜6時間保持して十分反応させてホウ化スカンジ
ウム化合物を得る。粉末混合物のままでは反応が十分に
進行しない恐れがあるので、反応を容易に起こさせ、全
量が反応できるように加圧成形してペレット状にするこ
とが望ましいさらにこのホウ化スカンジウム化合物に炭
素を混合して得た混合物をペレット状に成形し、同様の
条件で反応させて得る。Sc2 O3 とホウ素、得られた
炭化スカンジウムと炭素との割合は、それぞれ次の式を
満足させるような量比である。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
【0010】
【実施例】実施例1 反応後の形式的な組成がScB15となるように、原料と
してSc2 O3 およびBを、Sc2 O3 + 33B
→ 2ScB15 + 3BO↑ に基づき混合した。混
合物を静水圧加圧(250MPa)により、ぺレット状
に成形した後、真空中(1×10-2Pa)1700℃で
2時間反応させた。BOはガス物質であるから反応中の
蒸発により系外に排出される。反応生成したぺレットを
乳鉢で粉砕した後、この化合物の組成をScB15と仮定
し、形式的な組成がScB15C1.60となるよう炭素を加
え、十分混合した後、再度、静水圧加圧によりペレット
とし、前記と同一条件で二回目の反応をさせた。
してSc2 O3 およびBを、Sc2 O3 + 33B
→ 2ScB15 + 3BO↑ に基づき混合した。混
合物を静水圧加圧(250MPa)により、ぺレット状
に成形した後、真空中(1×10-2Pa)1700℃で
2時間反応させた。BOはガス物質であるから反応中の
蒸発により系外に排出される。反応生成したぺレットを
乳鉢で粉砕した後、この化合物の組成をScB15と仮定
し、形式的な組成がScB15C1.60となるよう炭素を加
え、十分混合した後、再度、静水圧加圧によりペレット
とし、前記と同一条件で二回目の反応をさせた。
【0011】生成物を粉末X線回折法により分析し、図
1のスペクトラムが得られた。これから、生成物は、格
子定数a=1.0027(1)nm、b=0.8013
8(9)nm、c=0.56668(6)nmの斜方晶
の結晶形をとる単一相からなる新規化合物であることが
確認された。また、生成物の化学分析の結果、生成物の
組成はScB15.0C1.60であった。
1のスペクトラムが得られた。これから、生成物は、格
子定数a=1.0027(1)nm、b=0.8013
8(9)nm、c=0.56668(6)nmの斜方晶
の結晶形をとる単一相からなる新規化合物であることが
確認された。また、生成物の化学分析の結果、生成物の
組成はScB15.0C1.60であった。
【0012】なお、生成物の化学組成を知るための化学
分析は以下の方法で行った。まず、生成物をタングステ
ンカーバイドの乳鉢で粉砕し、平均粒径80μm程度の
粉末とした。得られた粉末を硝酸、塩酸とともに、15
0℃、16時間加圧分解した。得られた溶液を用い、S
cはEDTAを指示薬とした滴定法により、またBはI
CP発光分光分析装置で定量分析した。炭素は、粉末を
酸素気流中で燃焼させ、生成するCO2 濃度を測定する
手法のLECO社製炭素分析装置を用い分析した。
分析は以下の方法で行った。まず、生成物をタングステ
ンカーバイドの乳鉢で粉砕し、平均粒径80μm程度の
粉末とした。得られた粉末を硝酸、塩酸とともに、15
0℃、16時間加圧分解した。得られた溶液を用い、S
cはEDTAを指示薬とした滴定法により、またBはI
CP発光分光分析装置で定量分析した。炭素は、粉末を
酸素気流中で燃焼させ、生成するCO2 濃度を測定する
手法のLECO社製炭素分析装置を用い分析した。
【0013】実施例2 実施例1と同様にし、反応後の組成がScB12になるよ
うに原料としてSc2O3 およびBを混合し、同一条件
で反応を行った。さらに、最終組成がScB15C1.60と
なるよう、反応生成物にホウ素と炭素を混合し、同一条
件で反応を行った。生成物を粉末X線回折法により分析
したところ、実施例1と同様の結晶形の単一化合物であ
ることが確認された。また、生成物の化学組成はScB
15.1C1.59であった。
うに原料としてSc2O3 およびBを混合し、同一条件
で反応を行った。さらに、最終組成がScB15C1.60と
なるよう、反応生成物にホウ素と炭素を混合し、同一条
件で反応を行った。生成物を粉末X線回折法により分析
したところ、実施例1と同様の結晶形の単一化合物であ
ることが確認された。また、生成物の化学組成はScB
15.1C1.59であった。
【0014】実施例3 実施例1と同様にし、反応後の組成がScB2 になるよ
うに原料としてSc2O3 およびBを混合し、同一条件
で反応を行った。さらに、最終組成がScB15C1.60と
なるよう、反応生成物にホウ素と炭素を混合し、同一条
件で反応を行った。生成物を粉末X線回折法により分析
したところ、実施例1と同様の結晶形の単一化合物であ
ることが確認された。また、生成物の化学組成はScB
14.9C1.60であった。
うに原料としてSc2O3 およびBを混合し、同一条件
で反応を行った。さらに、最終組成がScB15C1.60と
なるよう、反応生成物にホウ素と炭素を混合し、同一条
件で反応を行った。生成物を粉末X線回折法により分析
したところ、実施例1と同様の結晶形の単一化合物であ
ることが確認された。また、生成物の化学組成はScB
14.9C1.60であった。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、新規なホ
ウ炭化スカンジウムを創出し、その製造方法を提供する
ものであり、分光素子材料や熱電素子材料として従来公
知のYB66軟X線分光素子材料に代替できる優れた新規
材料を提供することができた。
ウ炭化スカンジウムを創出し、その製造方法を提供する
ものであり、分光素子材料や熱電素子材料として従来公
知のYB66軟X線分光素子材料に代替できる優れた新規
材料を提供することができた。
【図1】実施例1におけるScB15.0C1.60の粉末X線
回折パターンである。
回折パターンである。
Claims (2)
- 【請求項1】 一般式ScB(15+X)C(1.60+Y)、(−2
<x<2)、(−0.8<y<1.0)で示されるホウ
炭化スカンジウム化合物。 - 【請求項2】 Sc2 O3 に下記の反応式(1)に基づ
く割合のホウ素を混合して得た混合物を真空中または不
活性ガス雰囲気中で1500〜1850℃の温度範囲で
反応させてホウ化スカンジウム化合物を得、さらに該ホ
ウ化スカンジウム化合物に下記の反応式(2)に基づく
割合の炭素を混合して得た混合物を上記と同じ反応条件
で反応させることを特徴とする一般式ScB(15+x)C
(1.60+Y)、(−2<x<2)、(−0.8<y<1.
0)で示されるホウ炭化スカンジウム化合物の製造方
法。 Sc2 O3 + (2n+3)B → 2ScBn + 3BO↑ (1) ScBn + mB + 1.60C → ScB15C1.60 ただし、n+m=15 (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10333424A JP3094097B2 (ja) | 1998-11-09 | 1998-11-09 | ホウ炭化スカンジウム及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10333424A JP3094097B2 (ja) | 1998-11-09 | 1998-11-09 | ホウ炭化スカンジウム及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000143232A true JP2000143232A (ja) | 2000-05-23 |
| JP3094097B2 JP3094097B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=18265965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10333424A Expired - Lifetime JP3094097B2 (ja) | 1998-11-09 | 1998-11-09 | ホウ炭化スカンジウム及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3094097B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007053259A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | National Institute For Materials Science | 炭素、窒素をドープしてなる希土類多ホウ化物系高温耐酸性n型熱電材料とその製造方法 |
| JP2007134541A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | National Institute For Materials Science | 金属低ホウ化物がドープされた希土類多ホウ化物系熱電変換材料とその製造方法 |
-
1998
- 1998-11-09 JP JP10333424A patent/JP3094097B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007053259A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | National Institute For Materials Science | 炭素、窒素をドープしてなる希土類多ホウ化物系高温耐酸性n型熱電材料とその製造方法 |
| JP2007134541A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | National Institute For Materials Science | 金属低ホウ化物がドープされた希土類多ホウ化物系熱電変換材料とその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3094097B2 (ja) | 2000-10-03 |
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