JP2003277039A - 炭化ホウ素の製造方法 - Google Patents
炭化ホウ素の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の加熱還元法やＣＶＤ法による炭化ホウ
素の製造では、不純物が混在し、収率も低く、結晶化度
や粒径を制御したもの、不純物をドーピングしたもの、
ナノ粒子、ナノ複合材料などが安価で容易に得られな
い。 【構成】 炭素源としての糖類とホウ素源としてのホウ
酸または酸化ホウ素を溶媒中に溶解した後、該溶媒を除
去して炭素源とホウ素源の混合粉末を形成し、該粉体を
２００℃〜１１００℃で加熱反応させてＢ−Ｏ−Ｃの結
合体からなる非晶質体を生成させ、続いてこの前駆体を
１３００℃以上で加熱することによってＢ 4Ｃ結晶体を
得ることを特徴とする炭化ホウ素の製造方法。
素の製造では、不純物が混在し、収率も低く、結晶化度
や粒径を制御したもの、不純物をドーピングしたもの、
ナノ粒子、ナノ複合材料などが安価で容易に得られな
い。 【構成】 炭素源としての糖類とホウ素源としてのホウ
酸または酸化ホウ素を溶媒中に溶解した後、該溶媒を除
去して炭素源とホウ素源の混合粉末を形成し、該粉体を
２００℃〜１１００℃で加熱反応させてＢ−Ｏ−Ｃの結
合体からなる非晶質体を生成させ、続いてこの前駆体を
１３００℃以上で加熱することによってＢ 4Ｃ結晶体を
得ることを特徴とする炭化ホウ素の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質前駆体を用
いて低温合成によって炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）を製造する
方法に関する。
いて低温合成によって炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）を製造する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化ホウ素は、工業的にはＢ2Ｏ3とＣの
混合物を電気炉で２８００℃に強熱して作る方法が用い
られている。Ｂ2Ｏ3とＣとの加熱還元反応（２Ｂ2Ｏ3
＋７Ｃ→Ｂ4Ｃ＋６ＣＯ）には、１５００℃以上が必要
であるが、Ｂ2Ｏ3は、１４００℃で気化するなどのた
め、耐超高温の耐圧容器が必要となる。
混合物を電気炉で２８００℃に強熱して作る方法が用い
られている。Ｂ2Ｏ3とＣとの加熱還元反応（２Ｂ2Ｏ3
＋７Ｃ→Ｂ4Ｃ＋６ＣＯ）には、１５００℃以上が必要
であるが、Ｂ2Ｏ3は、１４００℃で気化するなどのた
め、耐超高温の耐圧容器が必要となる。
【０００３】ホウ酸、酸化ホウ素、またはそれらの混合
物を、マグネシウム、カルシウムまたはそれらの混合物
および炭素もしくは炭素源物質を用いて還元炭化（２Ｂ
2Ｏ3＋Ｃ＋６Ｍｇ→Ｂ4Ｃ＋６ＭｇＯ）する方法も知ら
れている（特公昭６３−５８７６７号公報、特公昭６３
−５８７６８号公報、特公平３−７２５６９号公報、特
公平３−７２５７０号公報）が、この方法では、得られ
た粗Ｂ4Ｃを粉砕し、酸で浸出して金属不純物を除去し
て微粉末とする必要がある。
物を、マグネシウム、カルシウムまたはそれらの混合物
および炭素もしくは炭素源物質を用いて還元炭化（２Ｂ
2Ｏ3＋Ｃ＋６Ｍｇ→Ｂ4Ｃ＋６ＭｇＯ）する方法も知ら
れている（特公昭６３−５８７６７号公報、特公昭６３
−５８７６８号公報、特公平３−７２５６９号公報、特
公平３−７２５７０号公報）が、この方法では、得られ
た粗Ｂ4Ｃを粉砕し、酸で浸出して金属不純物を除去し
て微粉末とする必要がある。
【０００４】また、ホウ酸−グリセリン縮合物前駆体を
アルゴン中で１３００℃以上で加熱することにより炭化
ホウ素を主成分とするグラファイトを伴う生成物が得ら
れることが報告されている（窯業協会誌９４［１］１９
８６，７１〜７５頁）。
アルゴン中で１３００℃以上で加熱することにより炭化
ホウ素を主成分とするグラファイトを伴う生成物が得ら
れることが報告されている（窯業協会誌９４［１］１９
８６，７１〜７５頁）。
【０００５】最近、須藤らはグルコース（Ｃ6 Ｈ12Ｏ
6 ：分子量１８０）とホウ酸を蒸留水に溶解し、２００
℃で２．５ｈ加熱した後に微粉砕して有機ホウ酸錯体か
らなる前駆体とし、これをＡｒ雰囲気中で加熱すると１
３００〜１３５０℃でＢ4Ｃの生成が始まり、１３５０
℃を越えると反応が急速に進行することを報告している
（日本分析化学協会北海道支部２００２年冬季研究発表
会講演要旨集８５頁）が、報告中で、合成されたＢ4Ｃ
はマトリックスの炭素との混合物であり、Ｂ4Ｃ結晶の
分離が今後の課題であるとされている。
6 ：分子量１８０）とホウ酸を蒸留水に溶解し、２００
℃で２．５ｈ加熱した後に微粉砕して有機ホウ酸錯体か
らなる前駆体とし、これをＡｒ雰囲気中で加熱すると１
３００〜１３５０℃でＢ4Ｃの生成が始まり、１３５０
℃を越えると反応が急速に進行することを報告している
（日本分析化学協会北海道支部２００２年冬季研究発表
会講演要旨集８５頁）が、報告中で、合成されたＢ4Ｃ
はマトリックスの炭素との混合物であり、Ｂ4Ｃ結晶の
分離が今後の課題であるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｂ4Ｃは、ダイアモン
ドに次ぐ硬度を有すること、中性子遮断性を有すること
などから、耐摩耗材、原子炉材などとして使用されてい
る。さらに、Ｂ4Ｃは、その半導体的特性、著しく大き
いゼーベック係数、特異な結晶構造などから、熱電変換
材料、二次電池用負極材料への応用展開なども期待され
る。
ドに次ぐ硬度を有すること、中性子遮断性を有すること
などから、耐摩耗材、原子炉材などとして使用されてい
る。さらに、Ｂ4Ｃは、その半導体的特性、著しく大き
いゼーベック係数、特異な結晶構造などから、熱電変換
材料、二次電池用負極材料への応用展開なども期待され
る。
【０００７】ところが、Ｂ4Ｃの合成については、従
来、工業的に採用されている方法は、炭化ホウ素とカー
ボンからの超高温（１５００℃以上）密閉系（高圧）反
応か、１７００℃以上を必要とするＣＶＤ法であり、こ
れらの方法では、不純物が混在し、収率も低く、結晶化
度や粒径を制御したもの、不純物をドーピングしたも
の、ナノ粒子、ナノ複合材料などが安価で容易に得られ
ない。
来、工業的に採用されている方法は、炭化ホウ素とカー
ボンからの超高温（１５００℃以上）密閉系（高圧）反
応か、１７００℃以上を必要とするＣＶＤ法であり、こ
れらの方法では、不純物が混在し、収率も低く、結晶化
度や粒径を制御したもの、不純物をドーピングしたも
の、ナノ粒子、ナノ複合材料などが安価で容易に得られ
ない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、粒子状糖類と
ホウ酸原料を、水などの溶媒に溶解して分子混合させた
後、溶媒を除去して分子オーダーで混合された粉体と
し、この粉体を２００℃〜１１００℃で加熱し、Ｂ4Ｃ
非晶質前駆体とし、次いで、１３００℃以上で加熱する
ことによって酸化ホウ素の生成が抑制され、不純物含有
量の非常に少ないＢ4Ｃ結晶体を得るものである。
ホウ酸原料を、水などの溶媒に溶解して分子混合させた
後、溶媒を除去して分子オーダーで混合された粉体と
し、この粉体を２００℃〜１１００℃で加熱し、Ｂ4Ｃ
非晶質前駆体とし、次いで、１３００℃以上で加熱する
ことによって酸化ホウ素の生成が抑制され、不純物含有
量の非常に少ないＢ4Ｃ結晶体を得るものである。
【０００９】すなわち、本発明は、炭素源としての糖類
とホウ素源としてのホウ酸または酸化ホウ素を溶媒中に
溶解した後、該溶媒を除去して炭素源とホウ素源の混合
粉末を形成し、該粉体を２００℃〜１１００℃で加熱反
応させてＢ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶質体を生成さ
せ、続いてこの前駆体を１３００℃以上で加熱すること
によってＢ4Ｃ結晶体を得ることを特徴とする炭化ホウ
素の製造方法である。
とホウ素源としてのホウ酸または酸化ホウ素を溶媒中に
溶解した後、該溶媒を除去して炭素源とホウ素源の混合
粉末を形成し、該粉体を２００℃〜１１００℃で加熱反
応させてＢ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶質体を生成さ
せ、続いてこの前駆体を１３００℃以上で加熱すること
によってＢ4Ｃ結晶体を得ることを特徴とする炭化ホウ
素の製造方法である。
【００１０】また、本発明は、溶媒の除去を乾燥により
行い、粉体の２００℃〜１１００℃での加熱を、最初に
２００〜６００℃の温度範囲で一定時間加熱し、次い
で、６００〜１１００℃に昇温して加熱する二段階加熱
とすることを特徴とする上記の炭化ホウ素の製造方法で
ある。
行い、粉体の２００℃〜１１００℃での加熱を、最初に
２００〜６００℃の温度範囲で一定時間加熱し、次い
で、６００〜１１００℃に昇温して加熱する二段階加熱
とすることを特徴とする上記の炭化ホウ素の製造方法で
ある。
【００１１】また、本発明は、溶媒の除去を噴霧熱分解
法により行い、次いで、粉体を６００〜１１００℃で加
熱加熱反応させてＢ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶質体
を生成させ、続いてこの前駆体を１３００℃以上で加熱
することによってＢ4Ｃ結晶体を得ることを特徴とする
炭化ホウ素の製造方法である。
法により行い、次いで、粉体を６００〜１１００℃で加
熱加熱反応させてＢ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶質体
を生成させ、続いてこの前駆体を１３００℃以上で加熱
することによってＢ4Ｃ結晶体を得ることを特徴とする
炭化ホウ素の製造方法である。
【００１２】また、本発明は、１３００℃以上での加熱
温度により炭化ホウ素の結晶化度を制御することを特徴
とする上記の炭化ホウ素の製造方法である。また、本発
明は、溶媒中にセラミックス粒子を混合することにより
炭化ホウ素と該セラミックス粒子の複合体を形成するこ
とを特徴とする上記の炭化ホウ素の製造方法である。
温度により炭化ホウ素の結晶化度を制御することを特徴
とする上記の炭化ホウ素の製造方法である。また、本発
明は、溶媒中にセラミックス粒子を混合することにより
炭化ホウ素と該セラミックス粒子の複合体を形成するこ
とを特徴とする上記の炭化ホウ素の製造方法である。
【００１３】本発明の方法は、従来の高温での酸化ホウ
素の反応を含まないため、開放系での反応が可能であ
り、高純度のＢ4Ｃが高収率で安価に得られる利点があ
る。さらに、混合粉末の形成に噴霧乾燥や噴霧熱分解法
などの手段を用いることによって、ナノ粒子を得ること
ができる。また、異種粒子の存在下で混合粉末を形成す
ることによりＢ4Ｃの複合粒子を得ることもできる。
素の反応を含まないため、開放系での反応が可能であ
り、高純度のＢ4Ｃが高収率で安価に得られる利点があ
る。さらに、混合粉末の形成に噴霧乾燥や噴霧熱分解法
などの手段を用いることによって、ナノ粒子を得ること
ができる。また、異種粒子の存在下で混合粉末を形成す
ることによりＢ4Ｃの複合粒子を得ることもできる。
【００１４】本発明の方法により、従来からの対摩耗部
材などの構造材として用いられるＢ 4Ｃを製造すること
ができる。さらに、高い熱電性能を有するｐ型およびｎ
型Ｂ4Ｃ熱電材料を合成するために種々の不純物をドー
ピングしたＢ4Ｃ粒子の製造も可能である。
材などの構造材として用いられるＢ 4Ｃを製造すること
ができる。さらに、高い熱電性能を有するｐ型およびｎ
型Ｂ4Ｃ熱電材料を合成するために種々の不純物をドー
ピングしたＢ4Ｃ粒子の製造も可能である。
【００１５】また、Ｂ4Ｃ中の１２個のホウ素原子から
なる正２０面体はその中に大きな空洞を持ち、その空洞
はＬｉの貯蔵に適するので電池のＬｉを貯蔵する負極活
物質として期待されているが、これに適するＢ4Ｃ粉体
を安価に提供することができる。
なる正２０面体はその中に大きな空洞を持ち、その空洞
はＬｉの貯蔵に適するので電池のＬｉを貯蔵する負極活
物質として期待されているが、これに適するＢ4Ｃ粉体
を安価に提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の方法を詳しく説明
する。まず、糖類とホウ酸原料を水などの溶媒に溶解し
て分子混合させる。市販の糖類およびホウ酸原料は通
常、ミリ単位の大きさの粒状である。
する。まず、糖類とホウ酸原料を水などの溶媒に溶解し
て分子混合させる。市販の糖類およびホウ酸原料は通
常、ミリ単位の大きさの粒状である。
【００１７】炭素源となる糖類は、式Ｃｘ（Ｈ2Ｏ）ｙ
で表される炭水化物である。但し、Ｂ4Ｃ非晶質前駆体
を形成するための仮焼温度の２００℃以上で、蒸発、分
解しないことが必要である。また、水、アルコールなど
の溶剤に溶解することが必要である。好適な糖は、例え
ば、スクロース（ショ糖）、グルコース、フルクトース
などである。スクロースは分子量が３４２と大きく、蒸
発温度が高いため、Ｂ−Ｏ−Ｃ結合が生成する温度まで
糖類が残存できるので特に好ましい。ちなみに、糖類で
はないがクエン酸（分子量１９２．１３）では、同条件
でもＢ4Ｃの生成はほとんど認められない。通常の炭素
源とホウ酸を混ぜた原料を使用する方法では、ＣとＢの
反応の開始温度に到達する前にホウ酸が蒸発してしまう
が、糖類によりＢ−Ｏ−Ｃ非晶質体を形成すると高温ま
でＢ源が保持され、高温加熱により転移を起こしてＯま
たはＣＯが放出されると考えられる。
で表される炭水化物である。但し、Ｂ4Ｃ非晶質前駆体
を形成するための仮焼温度の２００℃以上で、蒸発、分
解しないことが必要である。また、水、アルコールなど
の溶剤に溶解することが必要である。好適な糖は、例え
ば、スクロース（ショ糖）、グルコース、フルクトース
などである。スクロースは分子量が３４２と大きく、蒸
発温度が高いため、Ｂ−Ｏ−Ｃ結合が生成する温度まで
糖類が残存できるので特に好ましい。ちなみに、糖類で
はないがクエン酸（分子量１９２．１３）では、同条件
でもＢ4Ｃの生成はほとんど認められない。通常の炭素
源とホウ酸を混ぜた原料を使用する方法では、ＣとＢの
反応の開始温度に到達する前にホウ酸が蒸発してしまう
が、糖類によりＢ−Ｏ−Ｃ非晶質体を形成すると高温ま
でＢ源が保持され、高温加熱により転移を起こしてＯま
たはＣＯが放出されると考えられる。
【００１８】ホウ素源となるホウ酸については、正ホウ
酸以外のメタホウ酸、ピロホウ酸、無水ホウ酸を出発原
料としてもよい。溶剤中で、ホウ酸Ｂ（ＯＨ）3になれ
ばよい。溶媒については水が好ましいが、反応系が溶液
状になるような溶剤系であればよい。アルコールは後の
溶剤の除去工程における制御が容易になる。
酸以外のメタホウ酸、ピロホウ酸、無水ホウ酸を出発原
料としてもよい。溶剤中で、ホウ酸Ｂ（ＯＨ）3になれ
ばよい。溶媒については水が好ましいが、反応系が溶液
状になるような溶剤系であればよい。アルコールは後の
溶剤の除去工程における制御が容易になる。
【００１９】糖類とホウ酸の混合比率は、糖類の炭素原
子（Ｃ）と、ホウ酸のＢ原子の比率に基づいて決める。
例えば、スクロース（Ｃ12Ｈ22Ｏ11）の中にはＣが１２
個入っているのでＢ4Ｃを合成するためには、Ｂ：Ｃ＝
１：０．２５（原子比）、つまり、ホウ酸：スクロース
＝１：０．０２（モル比）となる。しかし、全てのＣが
反応に関与する訳でなく、ＣＯガスとして気化する分も
あるので、糖類を過剰にする必要がある。しかしなが
ら、過剰なＣ成分は未反応物として生成物中に残るの
で、できるだけ過剰量を少なくする必要がある。
子（Ｃ）と、ホウ酸のＢ原子の比率に基づいて決める。
例えば、スクロース（Ｃ12Ｈ22Ｏ11）の中にはＣが１２
個入っているのでＢ4Ｃを合成するためには、Ｂ：Ｃ＝
１：０．２５（原子比）、つまり、ホウ酸：スクロース
＝１：０．０２（モル比）となる。しかし、全てのＣが
反応に関与する訳でなく、ＣＯガスとして気化する分も
あるので、糖類を過剰にする必要がある。しかしなが
ら、過剰なＣ成分は未反応物として生成物中に残るの
で、できるだけ過剰量を少なくする必要がある。
【００２０】原料を溶媒中で十分に分子混合した後、溶
媒を除去し、分子混合した粉体を生成する。溶媒の除去
には噴霧乾燥、超音波噴霧乾燥、凍結乾燥など通常の乾
燥方法を採用できる。これらの方法で急速に乾燥を行う
方が、Ｂ源とＣ源が均一混合したものが得られやすい。
また、噴霧熱分解法を用いても良い。噴霧乾燥は溶液ま
たはスラリー状のものを霧にし、溶媒のみを熱的に除去
するものであるが、噴霧熱分解法はその霧をさらに高い
温度で熱分解するものである。噴霧熱分解法によれば、
より小さな粒子が得られる。
媒を除去し、分子混合した粉体を生成する。溶媒の除去
には噴霧乾燥、超音波噴霧乾燥、凍結乾燥など通常の乾
燥方法を採用できる。これらの方法で急速に乾燥を行う
方が、Ｂ源とＣ源が均一混合したものが得られやすい。
また、噴霧熱分解法を用いても良い。噴霧乾燥は溶液ま
たはスラリー状のものを霧にし、溶媒のみを熱的に除去
するものであるが、噴霧熱分解法はその霧をさらに高い
温度で熱分解するものである。噴霧熱分解法によれば、
より小さな粒子が得られる。
【００２１】溶媒中にマトリックスとなるセラミックス
粒子を同時に混合すると異種粒子とＢ4Ｃ系複合粒子を
製造することができる。さらに、不純物のドーピングを
行うために、溶媒に不純物成分を同時に溶かし込むこと
ができる。
粒子を同時に混合すると異種粒子とＢ4Ｃ系複合粒子を
製造することができる。さらに、不純物のドーピングを
行うために、溶媒に不純物成分を同時に溶かし込むこと
ができる。
【００２２】次に、得られた粉末を大気中または不活性
雰囲気中で２００℃〜１１００℃に加熱し、Ｂ源とＣ源
を反応させる。この仮焼により、Ｂ（ＯＨ）3のＢへ炭
素源の−Ｃ−Ｏ：が配位し、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合体からな
る非晶質体を生成させる。加熱温度が１１００℃を超え
ると非晶質のＢ−Ｏ−ＣではなくＢ4Ｃの結晶化が始ま
る。また、２００℃未満では反応が速やかに進行しな
い。反応を十分に進行させる点からは、より好ましい加
熱温度は３００〜８００℃である。このように、Ｂ−Ｏ
−Ｃの結合体からなる非晶質体を生成させる工程を経る
ことにより１３００℃以上での加熱によりＢ4Ｃの結晶
化をする際のＢ2Ｏ3の生成が抑制される。
雰囲気中で２００℃〜１１００℃に加熱し、Ｂ源とＣ源
を反応させる。この仮焼により、Ｂ（ＯＨ）3のＢへ炭
素源の−Ｃ−Ｏ：が配位し、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合体からな
る非晶質体を生成させる。加熱温度が１１００℃を超え
ると非晶質のＢ−Ｏ−ＣではなくＢ4Ｃの結晶化が始ま
る。また、２００℃未満では反応が速やかに進行しな
い。反応を十分に進行させる点からは、より好ましい加
熱温度は３００〜８００℃である。このように、Ｂ−Ｏ
−Ｃの結合体からなる非晶質体を生成させる工程を経る
ことにより１３００℃以上での加熱によりＢ4Ｃの結晶
化をする際のＢ2Ｏ3の生成が抑制される。
【００２３】最初に２００〜６００℃の温度範囲で一定
時間加熱し、次いで、６００〜１１００℃に昇温して加
熱する二段階加熱が、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶
質体を生成させるのに好ましい。６００〜１１００℃の
一段階で加熱反応させると、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合が少な
く、Ｂ2Ｏ3 が残ってしまい、それが高温で蒸発するた
め収率が低下してしまう。ただし、噴霧熱分解法を使用
した場合は、一段階目の加熱処理は不要である。加熱雰
囲気は大気中またはＡｒ，Ｎ2 ，Ｈ2などの不活性雰囲
気中で可能である。大気雰囲気で行うとＣ源が燃焼する
ことを考慮して原料比率を決める必要がある。
時間加熱し、次いで、６００〜１１００℃に昇温して加
熱する二段階加熱が、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶
質体を生成させるのに好ましい。６００〜１１００℃の
一段階で加熱反応させると、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合が少な
く、Ｂ2Ｏ3 が残ってしまい、それが高温で蒸発するた
め収率が低下してしまう。ただし、噴霧熱分解法を使用
した場合は、一段階目の加熱処理は不要である。加熱雰
囲気は大気中またはＡｒ，Ｎ2 ，Ｈ2などの不活性雰囲
気中で可能である。大気雰囲気で行うとＣ源が燃焼する
ことを考慮して原料比率を決める必要がある。
【００２４】次に、Ｂ−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶質
体粉末をさらに、不活性雰囲気中で１３００℃以上で加
熱反応させる。この加熱によりＢ−Ｏ−ＣがＢ−Ｃ−Ｏ
に転移し、さらにＯが分解離脱することによりＢ4Ｃが
生成する。また、非晶質体粉末に混入したＢ2Ｏ3 は気
化する。１３００℃未満ではＢ4Ｃの結晶化が進行しな
い。上限温度は特に限定されないが、あまり高い温度に
加熱すると粒成長が起こって微粒子の作製には不適当と
なるので好ましくは１８００℃程度とする。より好まし
い加熱温度範囲は１４００℃〜１６００℃程度である。
体粉末をさらに、不活性雰囲気中で１３００℃以上で加
熱反応させる。この加熱によりＢ−Ｏ−ＣがＢ−Ｃ−Ｏ
に転移し、さらにＯが分解離脱することによりＢ4Ｃが
生成する。また、非晶質体粉末に混入したＢ2Ｏ3 は気
化する。１３００℃未満ではＢ4Ｃの結晶化が進行しな
い。上限温度は特に限定されないが、あまり高い温度に
加熱すると粒成長が起こって微粒子の作製には不適当と
なるので好ましくは１８００℃程度とする。より好まし
い加熱温度範囲は１４００℃〜１６００℃程度である。
【００２５】上記の１３００℃〜１８００℃での加熱に
おいて、加熱温度の変化により、組成、結合様式（Ｂ−
Ｃ結合：共有結合＋Ｃ−Ｏ，Ｂ−Ｏ結合：イオン結
合）、結晶化度の制御が可能であるから、加熱条件を変
化させて、粒径、組成、結晶化度の異なるＢ4Ｃ粉末を
合成できる。
おいて、加熱温度の変化により、組成、結合様式（Ｂ−
Ｃ結合：共有結合＋Ｃ−Ｏ，Ｂ−Ｏ結合：イオン結
合）、結晶化度の制御が可能であるから、加熱条件を変
化させて、粒径、組成、結晶化度の異なるＢ4Ｃ粉末を
合成できる。
【００２６】
【実施例】実施例１
スクロース（Ｃ12Ｈ22Ｏ11：分子量３４２）とホウ酸を
１：０．１６６のモル比で、溶媒（水）に完全溶解させ
た。そして、この水溶液を凍結乾燥機を用いて溶媒を除
去して急速乾燥させた。できた混合物を大気中５００℃
で２０時間、続いてアルゴン雰囲気中８００℃で１０時
間加熱処理した。得られた前駆体はＸ線、元素分析か
ら、Ｂ−Ｏ−Ｃ非晶質体であることを確認した。
１：０．１６６のモル比で、溶媒（水）に完全溶解させ
た。そして、この水溶液を凍結乾燥機を用いて溶媒を除
去して急速乾燥させた。できた混合物を大気中５００℃
で２０時間、続いてアルゴン雰囲気中８００℃で１０時
間加熱処理した。得られた前駆体はＸ線、元素分析か
ら、Ｂ−Ｏ−Ｃ非晶質体であることを確認した。
【００２７】続いて、前駆体を粉砕後さらに温度を上げ
１５００℃で２時間加熱処理した。生成物をＴＥＭ観察
したところ、図２にＴＥＭ像で示されるように、Ｂ4Ｃ
が合成できていることが確認された。Ｂ4Ｃ以外の不純
物は、微量の炭素であった。このようにして合成された
Ｂ4Ｃの粒径は０．０５〜５μｍ程度であった。図１に
原料（上）、前駆体（中）、合成されたＢ4Ｃ（下）の
ＸＲＤパターンを示す。仮焼プロセスを加えることによ
り不純物ピーク（Ｂ２Ｏ３）が大幅に減少することが分
かる。
１５００℃で２時間加熱処理した。生成物をＴＥＭ観察
したところ、図２にＴＥＭ像で示されるように、Ｂ4Ｃ
が合成できていることが確認された。Ｂ4Ｃ以外の不純
物は、微量の炭素であった。このようにして合成された
Ｂ4Ｃの粒径は０．０５〜５μｍ程度であった。図１に
原料（上）、前駆体（中）、合成されたＢ4Ｃ（下）の
ＸＲＤパターンを示す。仮焼プロセスを加えることによ
り不純物ピーク（Ｂ２Ｏ３）が大幅に減少することが分
かる。
【００２８】実施例２
実施例１と同じ水溶液にＳｉＣ粉末を加えボールミル混
合を行った。ボールミル混合後のスラリーを凍結乾燥
し、アルゴン雰囲気中５００℃で２０時間、続いて８０
０℃で１０時間、さらに１５００℃で２時間加熱処理し
た。生成物をＴＥＭ観察したところ、図３にＴＥＭ像で
示されるように、Ｂ4Ｃ−ＳｉＣ複合粉末が合成できて
いることが確認された。この場合も、Ｂ4Ｃ以外の不純
物は、微量の炭素であった。
合を行った。ボールミル混合後のスラリーを凍結乾燥
し、アルゴン雰囲気中５００℃で２０時間、続いて８０
０℃で１０時間、さらに１５００℃で２時間加熱処理し
た。生成物をＴＥＭ観察したところ、図３にＴＥＭ像で
示されるように、Ｂ4Ｃ−ＳｉＣ複合粉末が合成できて
いることが確認された。この場合も、Ｂ4Ｃ以外の不純
物は、微量の炭素であった。
【００２９】
【発明の効果】本発明の方法によれば、炭素源として糖
類を用いてＢ−Ｏ−Ｃ非晶質前駆体を形成し、これを従
来の方法より低温で加熱反応させることにより炭化ホウ
素をほとんど不純物を伴わないで合成でき、各種用途に
高品質のＢ4Ｃを安価で容易な作製方法により提供する
ことができる。
類を用いてＢ−Ｏ−Ｃ非晶質前駆体を形成し、これを従
来の方法より低温で加熱反応させることにより炭化ホウ
素をほとんど不純物を伴わないで合成でき、各種用途に
高品質のＢ4Ｃを安価で容易な作製方法により提供する
ことができる。
【図１】実施例１における原料（上）、前駆体（中）、
合成されたＢ4Ｃ（下）のＸＲＤパターンを示すグラフ
である。
合成されたＢ4Ｃ（下）のＸＲＤパターンを示すグラフ
である。
【図２】実施例１の方法により得られたＢ4Ｃ粉末の図
面代用ＴＥＭ写真である。
面代用ＴＥＭ写真である。
【図３】実施例２の方法により得られたＢ4Ｃ−ＳｉＣ
複合粉末の図面代用ＴＥＭ写真である。
複合粉末の図面代用ＴＥＭ写真である。
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G146 MA16 MB02 MB18B NA05
NA11 NA21 NB02 NB06 NB18
PA03 PA13
Claims (5)
- 【請求項１】 炭素源としての糖類とホウ素源としての
ホウ酸または酸化ホウ素を溶媒中に溶解した後、該溶媒
を除去して炭素源とホウ素源の混合粉末を形成し、該粉
体を２００℃〜１１００℃で加熱反応させてＢ−Ｏ−Ｃ
の結合体からなる非晶質体を生成させ、続いてこの前駆
体を１３００℃以上で加熱することによってＢ4Ｃ結晶
体を得ることを特徴とする炭化ホウ素の製造方法。 - 【請求項２】 溶媒の除去を乾燥により行い、粉体の２
００℃〜１１００℃での加熱を、最初に２００〜６００
℃の温度範囲で一定時間加熱し、次いで、６００〜１１
００℃に昇温して加熱する二段階加熱とすることを特徴
とする請求項１記載の炭化ホウ素の製造方法。 - 【請求項３】 溶媒の除去を噴霧熱分解法により行い、
次いで、粉体を６００〜１１００℃で加熱反応させてＢ
−Ｏ−Ｃの結合体からなる非晶質体を生成させることを
特徴とする請求項１記載の炭化ホウ素の製造方法。 - 【請求項４】 １３００℃以上での加熱温度により炭化
ホウ素の結晶化度を制御することを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の炭化ホウ素の製造方法。 - 【請求項５】 溶媒中にセラミックス粒子を混合するこ
とにより炭化ホウ素と該セラミックス粒子の複合体を形
成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載の炭化ホウ素の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002082176A JP2003277039A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 炭化ホウ素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002082176A JP2003277039A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 炭化ホウ素の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003277039A true JP2003277039A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=29230458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002082176A Withdrawn JP2003277039A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 炭化ホウ素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003277039A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009070131A2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Istanbul Teknik Universitesi Rektorlugu | Boron carbide production method |
| JP2019515456A (ja) * | 2016-05-06 | 2019-06-06 | ▲蘇▼州▲漢▼瀚▲儲▼能科技有限公司 | ホウ素ドープ多孔質炭素球の製造方法 |
| JP2019142757A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化ホウ素の製造方法 |
| JP2020142971A (ja) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | 太平洋セメント株式会社 | 球状炭化ホウ素粉末の製造方法 |
| KR102262340B1 (ko) * | 2020-07-02 | 2021-06-09 | 주식회사 티씨케이 | 탄화붕소 소재 |
-
2002
- 2002-03-22 JP JP2002082176A patent/JP2003277039A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009070131A2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Istanbul Teknik Universitesi Rektorlugu | Boron carbide production method |
| WO2009070131A3 (en) * | 2007-11-30 | 2010-09-23 | Istanbul Teknik Universitesi Rektorlugu | Boron carbide production method |
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| JP6993897B2 (ja) | 2018-02-23 | 2022-02-03 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化ホウ素の製造方法 |
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| JP7187356B2 (ja) | 2019-03-08 | 2022-12-12 | 太平洋セメント株式会社 | 球状炭化ホウ素粉末の製造方法 |
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