JP2002068729A - 希土類ホウ炭化物とその製造方法 - Google Patents

希土類ホウ炭化物とその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高機能性材料、例えば、熱電素子材料、分光
素子材料、発光材料等として有用な、炭素を含む希土類
多ホウ化物を提供する。 【構成】 化学式がRE1-X 28.54-y (ただし、R
EはSc,Y,Ho,Er,Tm,Luのうちの一種で
あり、x,yの範囲は0≦x≦0.4、−1≦y≦2で
ある)で表され、その結晶構造が菱面体晶であるところ
の希土類ホウ炭化物。REB2 、REB4 、REB6
またはREBl2で表される希土類多ホウ化物を原料と
し、これに、ホウ素、炭素、またはそれぞれの化合物を
生成物がRE 1-X 28.54-y の組成になるように加
え、真空、アルゴン、または中性雰囲気中、1600〜
1900℃の温度で加熱、反応させて製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、希土類ホウ炭化
物に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
熱電変換素子材料、X線分光素子材料、発光材料等に有
用な新規な構造の希土類ホウ炭化物に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来から、高機能性材料の一
つとして、希土類多ホウ化物に関心が持たれている。こ
の希土類多ホウ化物としては、一般式REB2 、REB
4 、REB6 、RBl2(REは希土類元素)で表される
構造のものが一般的であり、例えば、LaB6 が熱電子
放射材料として実用されている。さらに、これら以外の
各種の組成と構造の希土類多ホウ化物についての研究、
開発が進められてきている。
【0003】近年、このような希土類多ホウ化物の一つ
として、YB66が開発され、これが軟X線分光素子材料
として利用されるに至っている。また、新規な希土類多
ホウ化物として、REB66、REB50、REB41Si
1.2 、REB25などが知られており、これに炭素が不純
物として含まれることはあった。また、ScB
170.25、ScB151.6 、ScB150.8 においては
炭素が結合に一定の役割を果たし、希土類ホウ炭化物と
なっていることが知られ、これらの機能が検討され、各
種の用途への利用が検討されている。
【0004】このように、これまでに開発された既存の
希土類多ホウ化物の用途開発に加え、さらに多彩な希土
類多ホウ化物を研究開発し、これまでにない新しい機能
を有する高機能性材料としての各種の用途に利用するこ
とが大変重要な課題になっている。この発明は、このよ
うな実状に鑑みて創案されたものであり、高機能性材
料、例えば、熱電素子材料、分光素子材料、発光材料等
として有用な、炭素を含む希土類多ホウ化物を提供する
ことを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、化学式がRE1-X 28.54- y
(ただし、REはSc(スカンジウム)、Y(イットリ
ウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、T
m(ツリウム)、Lu(ルテチウム)の内の一種であ
り、x,yの範囲は0≦x≦0.4、−1≦y≦2であ
る)で表され、その結晶構造が菱面体晶であるところの
希土類ホウ炭化物を提供する。
【0006】この発明の上記の通りのRE−B−C化合
物は、既に知られているRE−B化合物であるRE
2 、REB4 、REB6 、REBl2、REB66、およ
び、最近知られるところとなったREB25、REB50
REB41Si1.2 、ScB170. 25、ScB151.6
ScB150.8 などとは異なり、さらには、極最近、発
明者等により提供されたRE1-x 17CN、ただし、x
の値は0≦x≦0.4の範囲にあり、REとしてはS
c、Y、Ho、Er、Tm、Luが可能であるところの
炭素及び窒素を含む希土類多ホウ化物とも異なり、この
発明によって初めて提供されるものである。
【0007】この化合物の安定存在領域は、一般式で表
すと、前記した通り、RE1-X 28 .54-y (x,yは
0≦x≦0.4、−1≦y≦2の範囲にあることが必要
であり、REとしては、Sc、Y、Ho、Er、Tm、
Luの内の一種が可能)である。このRE−B−C化合
物は、結晶構造としては菱面体晶(空間群R-3m)で
あり、格子定数は、いずれもa=b=0.56nm、c
=5.6nmであり、希土類元素の種類、組成に対する
依存性は小さい。そのx,y=0の定比組成の化合物が
REB28.54 であり、x、yの値が上記範囲外では、
前記した結晶構造を満たす所定の菱面体晶(空間群R-
3m)化合物は得られず、別の構造を持つ化合物を得る
ことになる。
【0008】前記の一般式RE1-X 28.54-y (ただ
し、RE=Sc,Y,Ho,Er,Tm,Luの内の一
種、0≦x≦0.4、−1≦y≦2)の製造は以下のよ
うに行えばよい。すなわち、REB2 、REB4 、RE
6 、またはREBl2等の希土類多ホウ化物を原料と
し、これに、ホウ素、炭素またはそれぞれの化合物を生
成物がRE1-X 28.54-y の組成になるように加え、
真空、アルゴン、または中性雰囲気中、およそ1600
〜1900℃の温度で加熱、反応させることにより製造
することが可能である。この反応において、前記の雰囲
気を用いなければ、生成物に酸素などの不純物が取り込
まれ、異なる化合物となる恐れがあり、また、前記温度
範囲より低い温度では反応の進行が極端に遅くなり、実
用的ではなく、また、高い温度では、生成物が分解を始
め、異なる化合物となる。
【0009】以上の通り、この発明によって提供される
希土類ホウ炭化物(RE1-X 28.54-y )は熱電素
子、分光素子、発光材料等の機能性材料として有用なも
のである。例えば、Y1-X 28.54-y の003回折の
面間隔d=l.88nmは、YB66の400回折面間隔
d=0.586nmよりはるかに長く、YB66軟X線分
光素子では分光できない1keV以下のエネルギーの軟
X線分光が可能になり、今まで、測定が困難であったN
aのK吸収端等に関する分光実験が可能となる。また、
Er1-X 28.54-y においては、Erイオンからの発
光があることから、波長1.5ミクロンの赤外光の発光
素子材料としての利用が可能になる。
【0010】
【実施例】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明
について説明する。もちろん、この発明は以下の実施例
によって限定されるものではない。 実施例1 予め、REBl2(RE=Sc,Y,Ho,Er,Tm,
Luの内の一種)を、それぞれの酸化物とホウ素を以下
の反応式に基づき混合し、成形した後、ホウ素熱還元法
を用い還元し、合成した。 RE2 3 +27B→2REB12+3BO↑ ここで、用いた希土類酸化物は純度3Nの市販品であ
り、またホウ素は反応を容易にするために粒度0.1ミ
クロンのアモルファスホウ素を使用した。反応は真空雰
囲気、1700℃1時間行った。生成したREB12は粉
末X線回折法により単一相であることを確認した。
【0011】ペレット状で得られたREB12を粉砕し、
平均粒径10ミクロン程度とし、このREBl2に最も合
成が容易である [RE]/[ B]/[ C] =1/ 30/ 4の
組成比になるよう、下記反応式に基づき、所望量のホウ
素および炭素を加えた。 REB12+18B+4C→REB304 (=RE0.95
28.53.8 ) ここで、ホウ素は、還元反応に用いたものと同一のアモ
ルファスホウ素を用い、また、炭素も微粒、高純度品を
用いた。メノウ乳鉢を用いアルコールを用いてスラリー
状にした混合物を十分混合した後、乾燥させ、加圧成形
により再びぺレットとして、窒化ホウ素ルツボ中に入
れ、真空雰囲気下、1800℃に加熱し、5時間保持し
た。
【0012】生成物を粉末X線回折法により調べたとこ
ろ、回折線は全てRE1-X 28.5 4-y に基づくものと
して指数付けすることができ、REB304 (=RE
0.95 28.53.8 )が合成できたことを確認した。いず
れの格子定数もa=b=0.56nm、c=5.6nm
であった。それぞれの粉末X線回折図形を図1に示す。
Ho,Er,Tm化合物の回折図にある・印で示したの
は不純物相に基づく回折である。ただし、ScまたはL
u化合物については比較的不純物相が多く残り、良好な
回折図が得られなかったために示していないが、Sc
1-x 28.54-y 、またはLu1-x 28.54-y に基づ
く回折は他の希土類元素化合物と同等であり、その存在
を確認できた。
【0013】実施例2 市販のYB4 粉末を原料とし、実施例1とは異なるイッ
トリウム組成とすべく、次式に基づき、ホウ素、炭素を
所望の組成になるように加えた。 0.9YB4 +24.9B+3.5C→YO.9 28.5
3.5 これを、実施例1と同様の方法で混合、成形し、ぺレッ
トとした。このぺレットを黒鉛サセプターに納められた
窒化ホウ素ルツボ中に入れ、真空雰囲気中で、高周波炉
により1700℃の温度で加熱、5時間反応させた。
【0014】得られたペレットを粉砕し、粉末X線回折
法で調べたところY0.9 28.53. 5 単一相であること
を確認した。化学分析で求めた組成は、Y0.8828.5
3.3であった。Y、Cの組成値は化学合成、およびそれ
に続く分析において、良く見られる設定組成からのずれ
であり、誤差の範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、RE0.9528.54 (RE=Y,H
o,Er,Tm)の粉末X線回折図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学式がRE1-X 28.54-y (ただ
    し、REはSc,Y,Ho,Er,Tm,Luの内の一
    種であり、x,yの範囲は0≦x≦0.4、−1≦y≦
    2である)で表され、その結晶構造が菱面体晶であると
    ころの希土類ホウ炭化物。
  2. 【請求項2】 REB2 、REB4 、REB6 、または
    REBl2で表される希土類多ホウ化物を原料とし、これ
    に、ホウ素、炭素、またはそれぞれの化合物を生成物が
    RE1-X 28.54-y の組成になるように加え、真空、
    アルゴン、または中性雰囲気中、1600〜1900℃
    の温度で加熱、反応させることを特徴とする、請求項1
    記載の希土類ホウ炭化物の製造方法。
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