JP2004323277A - 高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素及びその製造方法を提供する。
【解決手段】高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅が０．６５°以下である。更に、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃である。この高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、低圧相型の窒化珪素粉末と金属粉末との混合粉末の成形体１９を収容容器１１内に収容し、爆薬２２を収容容器１１内の成形体１９の周囲に配置して爆薬２２の爆轟により衝撃圧力を成形体１９に周囲から作用させ、成形体１９を圧縮することにより製造される。
【選択図】 図１
【解決手段】高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅が０．６５°以下である。更に、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃である。この高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、低圧相型の窒化珪素粉末と金属粉末との混合粉末の成形体１９を収容容器１１内に収容し、爆薬２２を収容容器１１内の成形体１９の周囲に配置して爆薬２２の爆轟により衝撃圧力を成形体１９に周囲から作用させ、成形体１９を圧縮することにより製造される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性が良く、強度に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素に関するものである。更に、爆薬の爆轟に基づく衝撃圧力による圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができる高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧相型のスピネル型窒化珪素の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。すなわち、低圧相の窒化珪素粉末に金属粉末を混合して加圧成形し、その成形体に衝撃圧縮処理を行う方法である。具体的には、前記成形体をステンレス鋼製回収容器に入れ、ねじ蓋で背後から押え込んだ後、大型の鉄鋼製円形収容体に埋め込んでターゲットとする。一方、高密度ポリエチレン製サーボの前面に金属製の飛翔板の付いた飛翔体を火薬銃で加速し、その飛翔体を前記ターゲットに衝突させて衝撃波を発生させる。この衝撃波によって成形体の圧縮処理を行い、高圧相窒化珪素を得る方法である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９９７１４号公報（第２頁、第３頁及び図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記飛翔体は成形体の外部から成形体の外面（平坦面）に対して衝突し、その衝突時の衝撃圧力によって成形体が圧縮されるため、成形体にはその一面からのみ衝撃圧力が加えられることになる。従って、試料の量が増加すると飛翔体の速度を上げても成形体に加えられる衝撃圧力には限度があり、成形体の圧縮効率が悪く、低圧相の窒化珪素から高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率が低い。このようにして得られる高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、結晶の格子欠陥が見られ、不純物が多く、低圧相の窒化珪素も残存し、結晶性が低いものであるという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を提供することにある。更に、成形体全体に加えられる衝撃圧力を上げることができ、成形体の圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができ、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を容易に得ることができる高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、低圧相型の窒化珪素粉末に金属粉末を混合し、その混合物の成形体を収容容器内に収容し、その周囲に爆薬を配置して衝撃圧縮処理を施すことによって、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素粉末を生成させ得ることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、第１の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅が０．６５°以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、第１の発明において、更に、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃であることを特徴とするものである。
【０００９】
第３の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法は、低圧相型の窒化珪素粉末に金属粉末を混合し、その混合粉末を加圧成形後、得られた成形体を収容容器内に収容するとともに、爆薬を収容容器内の成形体の周囲に配置して爆薬の爆轟により衝撃圧力を成形体に周囲から作用させて成形体を圧縮して低圧相型の窒化珪素を第１又は第２の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素へ転換することを特徴とするものである。
【００１０】
第４の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法は、第３の発明において、衝撃圧力は３０ＧＰａを越え、８０ＧＰａ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
本実施形態の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）は、Ｘ線回折法における最大ピークの半値幅が０．６５°（度、ｄｅｇ）以下となるものである。このＸ線回折法における最大ピークの半値幅は立方晶スピネル型窒化珪素の結晶化度を表し、その値が小さいほど結晶性の程度が高いことを意味する。言い換えれば、Ｘ線回折図のピークがシャープである方が結晶性が高い。すなわち、立方晶スピネル型窒化珪素の結晶の格子欠陥が少なく、不純物の含有量が少なく、しかも低圧相等の異相の混在も少ないことを意味している。前記最大ピーク以外の立方晶スピネル型窒化珪素を示すピークは、その半値幅が小さく判断し難いのに対し、最大ピークはそれを最も顕著に表すことから代表値として採用される。
【００１２】
上記半値幅は好ましくは０．６０°以下、更に好ましくは０．５５°以下である。その下限値は立方晶スピネル型窒化珪素の単結晶の数値であり、０．２°程度である。半値幅が０．６５°を越えると結晶性は低くなる。図５は後述する実施例１で得られた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素のＸ線回折図を示すものであり、横軸はＸ線回折角度（２θ）、縦軸はＸ線回折による強度を表す。図５において高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を示すピークは複数存在するが、そのうち最大ピークｍの高さｈの１／２ｈに相当する高さにおける幅が最大ピークｍの半値幅ｄを示している。該半値幅の単位である°（度、ｄｅｇ）は、Ｘ線回折法におけるＸ線の入射又は出射角度、すなわちＸ線回折角度（２θ）を表す。
【００１３】
例えば、図２及び図３に示すように、２θが３８．６°の位置で、立方晶スピネル型窒化珪素の結晶格子面を表す面指数〔ミラー指数（ｈｋｌ）〕＝（３１１）面に対する回折角度を示している。なお、結晶格子面とは、結晶の格子点を互いに平行な面の組にまとめた場合の面を指す。また、面指数〔ミラー指数（ｈｋｌ）〕は、軸ａ、ｂ、ｃの原点に最も近い結晶格子面が３軸を切る点Ａ、Ｂ、Ｃの原点からの距離Ｘ、Ｙ、Ｚを軸の長さａ´、ｂ´、ｃ´を単位としてｘ、ｙ、ｚと表し、それらの逆数１／ｘ、１／ｙ、１／ｚをとり、これを整数倍した互いに素な整数の組（ｈｋｌ）で表される。この（３１１）面は、立方晶スピネル型窒化珪素の結晶構造を反映した典型的な面であり、（３１１）面が２θとして３８．６°の角度において最大ピークとして現れる。
【００１４】
Ｘ線回折法における最大ピークの半値幅が０．６５°以下である立方晶スピネル型窒化珪素は、α型（三方晶系）の窒化珪素やβ型（六方晶系）の窒化珪素よりも高強度で、ダイヤモンド、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）に追随する強度を有している。従って、そのような高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素をダイヤモンドや立方晶窒化硼素と同様の用途、例えば研磨材、切削工具等として利用することができる。
【００１５】
また、この立方晶スピネル型窒化珪素は、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が好ましくは７００〜１１００℃である。ここで、重量変化とは、窒化珪素が酸化分解されて酸化珪素等となって重量増加することを意味している。従って、重量変化開始温度が高いほど立方晶スピネル型窒化珪素は熱安定性が良好であり、耐熱性が高いといえる。尚、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の粒子の粒径が大きいほど比表面積が小さくなり、熱安定性が高められる。熱重量示差熱同時分析法は、大気という酸化雰囲気中で酸化による重量減少と熱の出入りを同時に見るために必要な分析法であり、熱重量分析法（ＴＧ分析法）又は示差熱分析法（ＤＴＡ分析法）を別々に行うよりも最も効率が良い。その他、熱磨耗試験法等も考えられるが、試料が粉末の場合には試験が困難になって不適当である。
【００１６】
次に、上記のような高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を得るための製造方法及び製造装置について説明する。爆薬を利用した衝撃圧縮処理装置で実現可能な、瞬間的な衝撃圧縮で発生する高温高圧状態を利用して物質合成を行う際の試料初期状態と衝撃環境の条件を規定することにより目的が達成される。具体的には金属粉末に低圧相型の窒化珪素粉末（α型、β型、アモルファス型等）を混合し、その混合粉末を加圧成形後、得られた成形体に衝撃圧縮処理を施して衝撃圧力を作用させることにより高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を製造することができる。衝撃圧縮処理前の条件としては、出発原料の選択、混合する金属の種類、出発原料の混合比率、加圧成形体の空孔率又は密度などが重要である。
【００１７】
出発原料となる低圧相型の窒化珪素粉末は、粒径が小さい方が高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率が向上する傾向があるため、０．０１〜１００μｍの範囲のものが好ましい。また、低圧相型の窒化珪素粉末の種類としてはα型、β型、アモルファス型の何れも用いることができる。
【００１８】
金属粉末は原料中のマトリックスとなるもので、アトマイズ粉、電解粉、粉砕粉などが用いられる。また、その形状は充填性の面から球状であることが望ましい。しかしながら、低圧相窒化珪素粉末を金属粉末のマトリックス中で保持させる目的で電解粉等の球状でないものと組み合わせて用いることができる。金属粉末の粒径は好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは１０〜５００μｍ、更に好ましくは２０〜４００μｍ、特に好ましくは５０〜４００μｍである。この粒径が０．１μｍ未満の場合にはその粒径が低圧相窒化珪素粉末の粒径に比べて小さくなり過ぎ、金属粉末のマトリックスとしての機能が十分に発揮されない。一方、５００μｍを越える場合にはその粒径が低圧相窒化珪素粉末の粒径に比べて大きくなり過ぎ、低圧相窒化珪素粉末が均一に分散されず、金属粉末のマトリックスとしての機能が十分に発揮されない。
【００１９】
金属の種類としては、金、白金、銀、銅、鉄、ニッケル、タングステンなどを用いることができるが、窒化珪素との反応性、化学精製処理等の容易性などの面から、銅が好ましい。
【００２０】
金属粉末の混合割合は任意であるが、混合粉末中に好ましくは７０〜９８重量％、更に好ましくは７５〜９８重量％、特に好ましくは８０〜９８重量％である。金属粉末が混合粉末中に７０重量％より少ないと、試料の過度の温度上昇による窒化珪素の分解、試料管の破損などにより試料回収が困難になる。一方、金属粉末の混合割合が９８重量％を越えると、９９．９９重量％であっても原理的には窒化珪素の変換が可能であるが、金属の割合を増すと得られる窒化珪素量が減少し製造効率が低下する。
【００２１】
金属粉末と低圧相型の窒化珪素粉末の混合粉末は油圧プレス、金型などを用いて加圧成形され、所定形状の成形体とされる。窒化珪素粉末と金属粉末の混合粉末の加圧後の成形体の空孔率（又は密度）は衝撃時の温度上昇を制御するのに重要であり、十分に反応速度を高め、しかも窒化珪素が分解しない温度以下でなければならない。成形体の空孔率は、好ましくは５〜５０％、より好ましくは５〜４０％、特に好ましくは５〜３０％である。この空孔率が５％未満の場合には、混合粉末の成形に高圧プレス装置などの特殊な装置を使用しなければならず、更に衝撃圧縮処理において十分な温度上昇が得られず、反応の進行が遅い。一方、５０％を越える場合にはアルコール等の成形助剤を用いても成形が困難になる傾向にあり、温度上昇が大きくなって窒化珪素が分解したり、溶融したりして試料容器が破損する原因になる。また、衝撃圧縮時の温度、圧力を制御するには空孔率に合わせて爆薬の種類の選定と組み合わせが重要となる。
【００２２】
この成形体は、後述する衝撃圧縮処理のために金属製の収容容器内に置かれる。金属製の収容容器の材質としては、鉄、銅、真鍮、ステンレス鋼、クロム鋼等が用いられ、その形状はボックス型（四角箱型）、円管状型等が挙げられる。このようにして金属製の収容容器内に置かれた成形体に対し、例えば以下に示す衝撃圧縮処理装置を用い、爆薬の爆発により生ずる高温、高圧を伴う衝撃圧力（衝撃波）により衝撃圧縮処理が施される。
【００２３】
図１は、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を製造するための衝撃圧縮処理装置を例示した断面図である。図２は図１の２−２線における断面図である。この衝撃圧縮処理装置について説明する。図１及び図２に示すように、金属製の収容容器１１は、円筒状の周壁１１ａの底部に該周壁１１ａよりも肉厚の底壁１１ｂが接合されて構成されている。周壁１１ａの上端部には、肉厚の円板状に成形されたブースター爆薬１２が配設され、その中心部上面には雷管１３が立設されている。そして、雷管１３の起爆によりブースター爆薬１２が中心から周囲へ放射状に爆轟するようになっている。
【００２４】
前記底壁１１ｂの内面中心部には円筒管１４が立設され、その内部には円筒試料管１５が上下両端の固定リング１６を介して同心円状に配設されている。従って、円筒試料管１５と円筒管１４の間には一定幅のリング状をなす空間部１７が形成されている。円筒試料管１５内の底部には下プラグ１８が配置され、その上には低圧相窒化珪素粉末と金属粉末の混合粉末から成形された円柱状の成形体１９が充填され、その上端部が上プラグ２０で密閉されている。前記周壁１１ａ、底壁１１ｂ、円筒管１４、円筒試料管１５、下プラグ１８及び上プラグ２０はいずれも金属によって構成されている。
【００２５】
更に、円筒管１４と円筒試料管１５の上端面には円錐キャップ２１が載置されている。この円錐キャップ２１は円筒試料管１５の上端から成形体１９の中心に向けて下方向へ加わる衝撃圧力を緩和する役目を果たし、合成樹脂、木材、石膏など金属より密度の比較的小さいものが適している。収容容器１１内には円筒管１４の周囲及び円錐キャップ２１の上部を覆うように爆薬２２が装填されている。爆薬２２としては、各種のものが使用できるが、例えばダイナマイト、硝安油剤爆薬（ＡＮＦＯ）、含水爆薬、ＨＭＸ、ＰＢＸなどが挙げられる。爆薬２２は前記雷管１３の起爆によりブースター爆薬１２が爆轟し、収容容器１１内で衝撃圧力を発生するようになっている。この衝撃圧力により円筒試料管１５内の低圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素が高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素に相転換されるようになっている。この際、爆薬２２の爆轟によって高速で圧縮された円筒管１４による衝撃圧力が、空間部１７を経て円筒試料管１５に対し効率良く伝達されると同時に、衝撃圧力が成形体１９に対して均等に作用するようになっている。
【００２６】
高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を高い収率で得るための衝撃圧力としては、好ましくは２０〜９０ＧＰａ、更に好ましくは３０〜８０ＧＰａ、特に好ましくは４０〜８０ＧＰａである。衝撃圧力が２０ＧＰａ未満の場合には、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を高い収率で得ることができなくなる。一方、衝撃圧力が９０ＧＰａを越える場合には、窒化珪素が分解したり、溶融が始まったりして、圧力開放時に成形体１９の回収が難しくなる。
【００２７】
さて、衝撃圧縮処理装置の上端に位置する雷管１３を起爆するとブースター爆薬１２が着火されて爆轟し、そのブースター爆薬１２の燃焼により爆薬２２が爆轟する。その際、爆薬２２は収容容器１１内の上部から下部へ瞬時に爆轟し、衝撃圧力（衝撃波）が上部から下部へ伝播する。このとき、円筒管１４、更には円筒試料管１５の周囲から中心方向（直径方向）に向かって衝撃圧縮する力、つまり衝撃圧力が作用し、円筒試料管１５内の成形体１９が高い圧力で圧縮される。
【００２８】
前記爆薬２２は成形体１９の周囲を取り巻くように多量に充填されていることから、衝撃波の持続時間をより長くすることができ、立方晶スピネル型窒化珪素の低圧相から高圧相への相転換時における結晶性が向上する。
【００２９】
次に、このようにして衝撃圧縮処理が施された成形体１９を回収し、適当な酸などを用いて金属分を溶解除去することにより、目的とする衝撃加圧後の成形体１９を精製して回収することができる。例えば、鉄粉を用いた場合には塩酸により鉄分を溶解分離したり、また銅粉であれば硝酸又は王水などにより、銅分を溶解分離して成形体１９を精製して回収することができる。
【００３０】
このように衝撃加圧後、金属分を除去して得られた低圧相型と高圧相型の混合した窒化珪素粉末を、例えばフッ化水素酸を用いて精製することで高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を分離精製することができる。
【００３１】
こうして得られた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法における最大ピークｍの半値幅ｄが０．６５°以下となり、結晶性の高いものとなる。結晶性が高くなると、物質本来の高い結合性が発現され、強度、熱安定性等の物性が高められる。また、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃という性質を有し、熱的な安定性が高められる。
【００３２】
以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
・ 本実施形態の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法で測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークｍの半値幅ｄが０．６５°以下という小さい値となる。このため、結晶の格子欠陥が少なく、不純物の含有量が少なく、しかも低圧相等の異相の混在も少なく、結晶性に優れている。従って、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は強度に優れたものとなる。
【００３３】
・ また、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃である。
このため、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の熱安定性、すなわち耐熱性を向上させることができる。
【００３４】
・ 高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、低圧相型の窒化珪素粉末と金属粉末との混合粉末の成形体を収容容器内に収容し、その成形体の周囲に爆薬を配置して爆薬の爆轟により衝撃圧力を成形体に周囲から作用させ、成形体を圧縮することにより製造される。このため、成形体に加えられる衝撃圧力を上げることができ、成形体の圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができる。そして、前記のような効果を有する高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を容易に製造することができる。
【００３５】
・ 上記の衝撃圧力を３０ＧＰａを越え、８０ＧＰａ以下に設定することにより、成形体の圧縮効率を確実に高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を一層向上させることができる。
【００３６】
・ 更に、本実施形態の製造方法によれば、成形体の周囲に十分な量の爆薬を配置したことから、一回の衝撃圧縮処理で高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素粉末を多量に製造することが可能になる。従って、十分な試料量を確保することができ、スピネル型窒化珪素の特性の評価、その他工業的な応用に有利である。
【００３７】
【実施例】
以下、前記実施形態を具体化した実施例について説明する。
（実施例１）
平均粒径０．７μｍのα型の窒化珪素粉末１０重量％に平均粒径１００μｍの銅粉末９０重量％を加え、ボールミルにて混合して原料物質となる混合粉末を得た。この混合粉末を前記図１及び図２に示す鉄製の円筒試料管１５（外径２５ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ２４０ｍｍ）内に金型を用いて加圧装填し、成形して成形体１９とした。このときの円筒試料管１５内の装填密度は６．６ｇ／ｃｍ３となるようにした。円筒試料管１５の両端には軟鋼製の下プラグ１８及び上プラグ２０を圧入した。
【００３８】
下プラグ１８には図示しない脱気用の銅パイプが設けられている。そして、この脱気用の銅パイプを利用し、４００℃、０．１Ｐａで２時間保持して脱気処理を行った。脱気処理後の円筒試料管１５を、上下の鉄製の固定リング１６を介して円筒管１４内に収容するとともに、その上に円錐キャップ２１を載せた。その状態で円筒試料管１５を収容容器１１（外径７３ｍｍ、内径６７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ）の中心にセットし、円筒管１４と収容容器１１との間に爆薬２２（爆速５３００ｍ／ｍｉｎ、比重１．４）を装填した。
【００３９】
次に、雷管１３として６号電気雷管を用い、その雷管１３を起爆させ、ブースター爆薬１２を爆轟させて爆薬２２をその長手方向におよそ３０〜４５ＧＰａの衝撃圧力で爆轟させた。衝撃加圧処理の後、円筒試料管１５を回収した。そして、円筒試料管１５から内容物を取り出し、希硝酸中に入れ、銅などを溶解除去した。そこから得られた粉末を水洗後、乾燥して立方晶スピネル型窒化珪素の粉末を得た。得られた粉末をＸ線回折法で分析したところ、図３に示すような回折パターンが得られた。
【００４０】
図３には３つのパターンが示されているが、パターン（ｉ）は衝撃圧縮処理前の試料の回折図、パターン（ｉｉ）は衝撃圧縮処理後の試料の回折図、パターン（ｉｉｉ）は精製後の試料の回折図を示している。パターン（ｉｉ）及びパターン（ｉｉｉ）において、原料であるα型の窒化珪素のピークの他に、立方晶スピネル型窒化珪素のピークが高い割合で存在した。Ｘ線回折法における最大ピークｍの半値幅ｄは０．５２９°であった。また、ＴＧ−ＤＴＡ分析法による重量変化開始温度は７３５℃であった。従って、耐熱温度を重量変化開始温度とすれば、耐熱温度は７３５℃である。
（実施例２）
原料の窒化珪素粉末として平均粒径０．６μｍのβ型窒化珪素粉末を用いた以外は実施例１と同様にして立方晶スピネル型窒化珪素の粉末を得た。得られた粉末をＸ線回折法で同定したところ、図４のパターン（ｉｉ）及びパターン（ｉｉｉ）に示すように、原料であるβ型の窒化珪素のピークの他に、立方晶スピネル型窒化珪素のピークが高い割合で存在した。Ｘ線回折法における最大ピークｍの半値幅ｄは０．６２０°であった。また、ＴＧ−ＤＴＡ分析法による重量変化開始温度は７２５℃であった。従って、耐熱温度を重量変化開始温度とすれば、耐熱温度は７２５℃である。
【００４１】
尚、本発明は前記実施形態を次のように変更して実施することもできる。
・ 高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅ｄが０．６５°以下であれば、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００℃未満であってもよい。
【００４２】
・ 衝撃圧縮処理装置における収容容器１１、円筒管１４及び円筒試料管１５の形状を、四角筒状、六角筒状等の角筒状にすることもできる。
・ 円筒試料管１５の材質、厚み等を変更することにより、円筒管１４を省略することもできる。更に、円筒試料管１５を省略することも可能である。
【００４３】
・ 円錐キャップ２１を上端に位置する固定リング１６と一体化することも可能である。
・ 混合粉末中に焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等を配合することもできる。
【００４４】
更に、前記実施形態より把握される技術的思想について記載する。
・ 前記収容容器の内底部に試料管を立設し、該試料管内に成形体を収容するとともに、その試料管上に垂状キャップを被せ、更にその垂状キャップ上に爆薬を充填することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法。この製造方法によれば、試料管の上端から成形体に向けて加わる衝撃圧力を緩和することができる。
【００４５】
・ 前記収容容器の内底部に試料管を立設し、該試料管内に成形体を収容するとともに、その試料管の外周に空間部を介して別の管を配置することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法。この製造方法によれば、試料管とその外周の管との間の空間部を経て爆薬に基づく衝撃圧力が効率良く伝達されると同時に、衝撃圧力を成形体に対してより均等に作用させることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば次のような効果を奏する。
第１の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素によれば、結晶性に優れている。
【００４７】
第２の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素によれば、第１の発明の効果に加え、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の熱安定性を向上させることができる。
【００４８】
第３又は第４の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法によれば、成形体に加えられる衝撃圧力を上げることができ、成形体の圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができ、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における爆薬による衝撃加圧処理の装置を示す縦断面図。
【図２】図１の２−２線における断面図。
【図３】実施例１の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素のＸ線回折図。
【図４】実施例２の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素のＸ線回折図。
【図５】実施例１の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の最大ピークを拡大して示すＸ線回折図。
【符号の説明】
ｄ…半値幅、ｍ…最大ピーク、１１…収容容器、１９…成形体、２２…爆薬。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性が良く、強度に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素に関するものである。更に、爆薬の爆轟に基づく衝撃圧力による圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができる高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧相型のスピネル型窒化珪素の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。すなわち、低圧相の窒化珪素粉末に金属粉末を混合して加圧成形し、その成形体に衝撃圧縮処理を行う方法である。具体的には、前記成形体をステンレス鋼製回収容器に入れ、ねじ蓋で背後から押え込んだ後、大型の鉄鋼製円形収容体に埋め込んでターゲットとする。一方、高密度ポリエチレン製サーボの前面に金属製の飛翔板の付いた飛翔体を火薬銃で加速し、その飛翔体を前記ターゲットに衝突させて衝撃波を発生させる。この衝撃波によって成形体の圧縮処理を行い、高圧相窒化珪素を得る方法である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９９７１４号公報（第２頁、第３頁及び図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記飛翔体は成形体の外部から成形体の外面（平坦面）に対して衝突し、その衝突時の衝撃圧力によって成形体が圧縮されるため、成形体にはその一面からのみ衝撃圧力が加えられることになる。従って、試料の量が増加すると飛翔体の速度を上げても成形体に加えられる衝撃圧力には限度があり、成形体の圧縮効率が悪く、低圧相の窒化珪素から高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率が低い。このようにして得られる高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、結晶の格子欠陥が見られ、不純物が多く、低圧相の窒化珪素も残存し、結晶性が低いものであるという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を提供することにある。更に、成形体全体に加えられる衝撃圧力を上げることができ、成形体の圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができ、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を容易に得ることができる高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、低圧相型の窒化珪素粉末に金属粉末を混合し、その混合物の成形体を収容容器内に収容し、その周囲に爆薬を配置して衝撃圧縮処理を施すことによって、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素粉末を生成させ得ることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、第１の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅が０．６５°以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、第１の発明において、更に、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃であることを特徴とするものである。
【０００９】
第３の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法は、低圧相型の窒化珪素粉末に金属粉末を混合し、その混合粉末を加圧成形後、得られた成形体を収容容器内に収容するとともに、爆薬を収容容器内の成形体の周囲に配置して爆薬の爆轟により衝撃圧力を成形体に周囲から作用させて成形体を圧縮して低圧相型の窒化珪素を第１又は第２の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素へ転換することを特徴とするものである。
【００１０】
第４の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法は、第３の発明において、衝撃圧力は３０ＧＰａを越え、８０ＧＰａ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
本実施形態の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）は、Ｘ線回折法における最大ピークの半値幅が０．６５°（度、ｄｅｇ）以下となるものである。このＸ線回折法における最大ピークの半値幅は立方晶スピネル型窒化珪素の結晶化度を表し、その値が小さいほど結晶性の程度が高いことを意味する。言い換えれば、Ｘ線回折図のピークがシャープである方が結晶性が高い。すなわち、立方晶スピネル型窒化珪素の結晶の格子欠陥が少なく、不純物の含有量が少なく、しかも低圧相等の異相の混在も少ないことを意味している。前記最大ピーク以外の立方晶スピネル型窒化珪素を示すピークは、その半値幅が小さく判断し難いのに対し、最大ピークはそれを最も顕著に表すことから代表値として採用される。
【００１２】
上記半値幅は好ましくは０．６０°以下、更に好ましくは０．５５°以下である。その下限値は立方晶スピネル型窒化珪素の単結晶の数値であり、０．２°程度である。半値幅が０．６５°を越えると結晶性は低くなる。図５は後述する実施例１で得られた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素のＸ線回折図を示すものであり、横軸はＸ線回折角度（２θ）、縦軸はＸ線回折による強度を表す。図５において高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を示すピークは複数存在するが、そのうち最大ピークｍの高さｈの１／２ｈに相当する高さにおける幅が最大ピークｍの半値幅ｄを示している。該半値幅の単位である°（度、ｄｅｇ）は、Ｘ線回折法におけるＸ線の入射又は出射角度、すなわちＸ線回折角度（２θ）を表す。
【００１３】
例えば、図２及び図３に示すように、２θが３８．６°の位置で、立方晶スピネル型窒化珪素の結晶格子面を表す面指数〔ミラー指数（ｈｋｌ）〕＝（３１１）面に対する回折角度を示している。なお、結晶格子面とは、結晶の格子点を互いに平行な面の組にまとめた場合の面を指す。また、面指数〔ミラー指数（ｈｋｌ）〕は、軸ａ、ｂ、ｃの原点に最も近い結晶格子面が３軸を切る点Ａ、Ｂ、Ｃの原点からの距離Ｘ、Ｙ、Ｚを軸の長さａ´、ｂ´、ｃ´を単位としてｘ、ｙ、ｚと表し、それらの逆数１／ｘ、１／ｙ、１／ｚをとり、これを整数倍した互いに素な整数の組（ｈｋｌ）で表される。この（３１１）面は、立方晶スピネル型窒化珪素の結晶構造を反映した典型的な面であり、（３１１）面が２θとして３８．６°の角度において最大ピークとして現れる。
【００１４】
Ｘ線回折法における最大ピークの半値幅が０．６５°以下である立方晶スピネル型窒化珪素は、α型（三方晶系）の窒化珪素やβ型（六方晶系）の窒化珪素よりも高強度で、ダイヤモンド、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）に追随する強度を有している。従って、そのような高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素をダイヤモンドや立方晶窒化硼素と同様の用途、例えば研磨材、切削工具等として利用することができる。
【００１５】
また、この立方晶スピネル型窒化珪素は、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が好ましくは７００〜１１００℃である。ここで、重量変化とは、窒化珪素が酸化分解されて酸化珪素等となって重量増加することを意味している。従って、重量変化開始温度が高いほど立方晶スピネル型窒化珪素は熱安定性が良好であり、耐熱性が高いといえる。尚、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の粒子の粒径が大きいほど比表面積が小さくなり、熱安定性が高められる。熱重量示差熱同時分析法は、大気という酸化雰囲気中で酸化による重量減少と熱の出入りを同時に見るために必要な分析法であり、熱重量分析法（ＴＧ分析法）又は示差熱分析法（ＤＴＡ分析法）を別々に行うよりも最も効率が良い。その他、熱磨耗試験法等も考えられるが、試料が粉末の場合には試験が困難になって不適当である。
【００１６】
次に、上記のような高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を得るための製造方法及び製造装置について説明する。爆薬を利用した衝撃圧縮処理装置で実現可能な、瞬間的な衝撃圧縮で発生する高温高圧状態を利用して物質合成を行う際の試料初期状態と衝撃環境の条件を規定することにより目的が達成される。具体的には金属粉末に低圧相型の窒化珪素粉末（α型、β型、アモルファス型等）を混合し、その混合粉末を加圧成形後、得られた成形体に衝撃圧縮処理を施して衝撃圧力を作用させることにより高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を製造することができる。衝撃圧縮処理前の条件としては、出発原料の選択、混合する金属の種類、出発原料の混合比率、加圧成形体の空孔率又は密度などが重要である。
【００１７】
出発原料となる低圧相型の窒化珪素粉末は、粒径が小さい方が高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率が向上する傾向があるため、０．０１〜１００μｍの範囲のものが好ましい。また、低圧相型の窒化珪素粉末の種類としてはα型、β型、アモルファス型の何れも用いることができる。
【００１８】
金属粉末は原料中のマトリックスとなるもので、アトマイズ粉、電解粉、粉砕粉などが用いられる。また、その形状は充填性の面から球状であることが望ましい。しかしながら、低圧相窒化珪素粉末を金属粉末のマトリックス中で保持させる目的で電解粉等の球状でないものと組み合わせて用いることができる。金属粉末の粒径は好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは１０〜５００μｍ、更に好ましくは２０〜４００μｍ、特に好ましくは５０〜４００μｍである。この粒径が０．１μｍ未満の場合にはその粒径が低圧相窒化珪素粉末の粒径に比べて小さくなり過ぎ、金属粉末のマトリックスとしての機能が十分に発揮されない。一方、５００μｍを越える場合にはその粒径が低圧相窒化珪素粉末の粒径に比べて大きくなり過ぎ、低圧相窒化珪素粉末が均一に分散されず、金属粉末のマトリックスとしての機能が十分に発揮されない。
【００１９】
金属の種類としては、金、白金、銀、銅、鉄、ニッケル、タングステンなどを用いることができるが、窒化珪素との反応性、化学精製処理等の容易性などの面から、銅が好ましい。
【００２０】
金属粉末の混合割合は任意であるが、混合粉末中に好ましくは７０〜９８重量％、更に好ましくは７５〜９８重量％、特に好ましくは８０〜９８重量％である。金属粉末が混合粉末中に７０重量％より少ないと、試料の過度の温度上昇による窒化珪素の分解、試料管の破損などにより試料回収が困難になる。一方、金属粉末の混合割合が９８重量％を越えると、９９．９９重量％であっても原理的には窒化珪素の変換が可能であるが、金属の割合を増すと得られる窒化珪素量が減少し製造効率が低下する。
【００２１】
金属粉末と低圧相型の窒化珪素粉末の混合粉末は油圧プレス、金型などを用いて加圧成形され、所定形状の成形体とされる。窒化珪素粉末と金属粉末の混合粉末の加圧後の成形体の空孔率（又は密度）は衝撃時の温度上昇を制御するのに重要であり、十分に反応速度を高め、しかも窒化珪素が分解しない温度以下でなければならない。成形体の空孔率は、好ましくは５〜５０％、より好ましくは５〜４０％、特に好ましくは５〜３０％である。この空孔率が５％未満の場合には、混合粉末の成形に高圧プレス装置などの特殊な装置を使用しなければならず、更に衝撃圧縮処理において十分な温度上昇が得られず、反応の進行が遅い。一方、５０％を越える場合にはアルコール等の成形助剤を用いても成形が困難になる傾向にあり、温度上昇が大きくなって窒化珪素が分解したり、溶融したりして試料容器が破損する原因になる。また、衝撃圧縮時の温度、圧力を制御するには空孔率に合わせて爆薬の種類の選定と組み合わせが重要となる。
【００２２】
この成形体は、後述する衝撃圧縮処理のために金属製の収容容器内に置かれる。金属製の収容容器の材質としては、鉄、銅、真鍮、ステンレス鋼、クロム鋼等が用いられ、その形状はボックス型（四角箱型）、円管状型等が挙げられる。このようにして金属製の収容容器内に置かれた成形体に対し、例えば以下に示す衝撃圧縮処理装置を用い、爆薬の爆発により生ずる高温、高圧を伴う衝撃圧力（衝撃波）により衝撃圧縮処理が施される。
【００２３】
図１は、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を製造するための衝撃圧縮処理装置を例示した断面図である。図２は図１の２−２線における断面図である。この衝撃圧縮処理装置について説明する。図１及び図２に示すように、金属製の収容容器１１は、円筒状の周壁１１ａの底部に該周壁１１ａよりも肉厚の底壁１１ｂが接合されて構成されている。周壁１１ａの上端部には、肉厚の円板状に成形されたブースター爆薬１２が配設され、その中心部上面には雷管１３が立設されている。そして、雷管１３の起爆によりブースター爆薬１２が中心から周囲へ放射状に爆轟するようになっている。
【００２４】
前記底壁１１ｂの内面中心部には円筒管１４が立設され、その内部には円筒試料管１５が上下両端の固定リング１６を介して同心円状に配設されている。従って、円筒試料管１５と円筒管１４の間には一定幅のリング状をなす空間部１７が形成されている。円筒試料管１５内の底部には下プラグ１８が配置され、その上には低圧相窒化珪素粉末と金属粉末の混合粉末から成形された円柱状の成形体１９が充填され、その上端部が上プラグ２０で密閉されている。前記周壁１１ａ、底壁１１ｂ、円筒管１４、円筒試料管１５、下プラグ１８及び上プラグ２０はいずれも金属によって構成されている。
【００２５】
更に、円筒管１４と円筒試料管１５の上端面には円錐キャップ２１が載置されている。この円錐キャップ２１は円筒試料管１５の上端から成形体１９の中心に向けて下方向へ加わる衝撃圧力を緩和する役目を果たし、合成樹脂、木材、石膏など金属より密度の比較的小さいものが適している。収容容器１１内には円筒管１４の周囲及び円錐キャップ２１の上部を覆うように爆薬２２が装填されている。爆薬２２としては、各種のものが使用できるが、例えばダイナマイト、硝安油剤爆薬（ＡＮＦＯ）、含水爆薬、ＨＭＸ、ＰＢＸなどが挙げられる。爆薬２２は前記雷管１３の起爆によりブースター爆薬１２が爆轟し、収容容器１１内で衝撃圧力を発生するようになっている。この衝撃圧力により円筒試料管１５内の低圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素が高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素に相転換されるようになっている。この際、爆薬２２の爆轟によって高速で圧縮された円筒管１４による衝撃圧力が、空間部１７を経て円筒試料管１５に対し効率良く伝達されると同時に、衝撃圧力が成形体１９に対して均等に作用するようになっている。
【００２６】
高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を高い収率で得るための衝撃圧力としては、好ましくは２０〜９０ＧＰａ、更に好ましくは３０〜８０ＧＰａ、特に好ましくは４０〜８０ＧＰａである。衝撃圧力が２０ＧＰａ未満の場合には、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を高い収率で得ることができなくなる。一方、衝撃圧力が９０ＧＰａを越える場合には、窒化珪素が分解したり、溶融が始まったりして、圧力開放時に成形体１９の回収が難しくなる。
【００２７】
さて、衝撃圧縮処理装置の上端に位置する雷管１３を起爆するとブースター爆薬１２が着火されて爆轟し、そのブースター爆薬１２の燃焼により爆薬２２が爆轟する。その際、爆薬２２は収容容器１１内の上部から下部へ瞬時に爆轟し、衝撃圧力（衝撃波）が上部から下部へ伝播する。このとき、円筒管１４、更には円筒試料管１５の周囲から中心方向（直径方向）に向かって衝撃圧縮する力、つまり衝撃圧力が作用し、円筒試料管１５内の成形体１９が高い圧力で圧縮される。
【００２８】
前記爆薬２２は成形体１９の周囲を取り巻くように多量に充填されていることから、衝撃波の持続時間をより長くすることができ、立方晶スピネル型窒化珪素の低圧相から高圧相への相転換時における結晶性が向上する。
【００２９】
次に、このようにして衝撃圧縮処理が施された成形体１９を回収し、適当な酸などを用いて金属分を溶解除去することにより、目的とする衝撃加圧後の成形体１９を精製して回収することができる。例えば、鉄粉を用いた場合には塩酸により鉄分を溶解分離したり、また銅粉であれば硝酸又は王水などにより、銅分を溶解分離して成形体１９を精製して回収することができる。
【００３０】
このように衝撃加圧後、金属分を除去して得られた低圧相型と高圧相型の混合した窒化珪素粉末を、例えばフッ化水素酸を用いて精製することで高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を分離精製することができる。
【００３１】
こうして得られた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法における最大ピークｍの半値幅ｄが０．６５°以下となり、結晶性の高いものとなる。結晶性が高くなると、物質本来の高い結合性が発現され、強度、熱安定性等の物性が高められる。また、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃という性質を有し、熱的な安定性が高められる。
【００３２】
以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
・ 本実施形態の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法で測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークｍの半値幅ｄが０．６５°以下という小さい値となる。このため、結晶の格子欠陥が少なく、不純物の含有量が少なく、しかも低圧相等の異相の混在も少なく、結晶性に優れている。従って、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は強度に優れたものとなる。
【００３３】
・ また、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃である。
このため、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の熱安定性、すなわち耐熱性を向上させることができる。
【００３４】
・ 高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、低圧相型の窒化珪素粉末と金属粉末との混合粉末の成形体を収容容器内に収容し、その成形体の周囲に爆薬を配置して爆薬の爆轟により衝撃圧力を成形体に周囲から作用させ、成形体を圧縮することにより製造される。このため、成形体に加えられる衝撃圧力を上げることができ、成形体の圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができる。そして、前記のような効果を有する高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を容易に製造することができる。
【００３５】
・ 上記の衝撃圧力を３０ＧＰａを越え、８０ＧＰａ以下に設定することにより、成形体の圧縮効率を確実に高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を一層向上させることができる。
【００３６】
・ 更に、本実施形態の製造方法によれば、成形体の周囲に十分な量の爆薬を配置したことから、一回の衝撃圧縮処理で高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素粉末を多量に製造することが可能になる。従って、十分な試料量を確保することができ、スピネル型窒化珪素の特性の評価、その他工業的な応用に有利である。
【００３７】
【実施例】
以下、前記実施形態を具体化した実施例について説明する。
（実施例１）
平均粒径０．７μｍのα型の窒化珪素粉末１０重量％に平均粒径１００μｍの銅粉末９０重量％を加え、ボールミルにて混合して原料物質となる混合粉末を得た。この混合粉末を前記図１及び図２に示す鉄製の円筒試料管１５（外径２５ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ２４０ｍｍ）内に金型を用いて加圧装填し、成形して成形体１９とした。このときの円筒試料管１５内の装填密度は６．６ｇ／ｃｍ３となるようにした。円筒試料管１５の両端には軟鋼製の下プラグ１８及び上プラグ２０を圧入した。
【００３８】
下プラグ１８には図示しない脱気用の銅パイプが設けられている。そして、この脱気用の銅パイプを利用し、４００℃、０．１Ｐａで２時間保持して脱気処理を行った。脱気処理後の円筒試料管１５を、上下の鉄製の固定リング１６を介して円筒管１４内に収容するとともに、その上に円錐キャップ２１を載せた。その状態で円筒試料管１５を収容容器１１（外径７３ｍｍ、内径６７ｍｍ、長さ２７０ｍｍ）の中心にセットし、円筒管１４と収容容器１１との間に爆薬２２（爆速５３００ｍ／ｍｉｎ、比重１．４）を装填した。
【００３９】
次に、雷管１３として６号電気雷管を用い、その雷管１３を起爆させ、ブースター爆薬１２を爆轟させて爆薬２２をその長手方向におよそ３０〜４５ＧＰａの衝撃圧力で爆轟させた。衝撃加圧処理の後、円筒試料管１５を回収した。そして、円筒試料管１５から内容物を取り出し、希硝酸中に入れ、銅などを溶解除去した。そこから得られた粉末を水洗後、乾燥して立方晶スピネル型窒化珪素の粉末を得た。得られた粉末をＸ線回折法で分析したところ、図３に示すような回折パターンが得られた。
【００４０】
図３には３つのパターンが示されているが、パターン（ｉ）は衝撃圧縮処理前の試料の回折図、パターン（ｉｉ）は衝撃圧縮処理後の試料の回折図、パターン（ｉｉｉ）は精製後の試料の回折図を示している。パターン（ｉｉ）及びパターン（ｉｉｉ）において、原料であるα型の窒化珪素のピークの他に、立方晶スピネル型窒化珪素のピークが高い割合で存在した。Ｘ線回折法における最大ピークｍの半値幅ｄは０．５２９°であった。また、ＴＧ−ＤＴＡ分析法による重量変化開始温度は７３５℃であった。従って、耐熱温度を重量変化開始温度とすれば、耐熱温度は７３５℃である。
（実施例２）
原料の窒化珪素粉末として平均粒径０．６μｍのβ型窒化珪素粉末を用いた以外は実施例１と同様にして立方晶スピネル型窒化珪素の粉末を得た。得られた粉末をＸ線回折法で同定したところ、図４のパターン（ｉｉ）及びパターン（ｉｉｉ）に示すように、原料であるβ型の窒化珪素のピークの他に、立方晶スピネル型窒化珪素のピークが高い割合で存在した。Ｘ線回折法における最大ピークｍの半値幅ｄは０．６２０°であった。また、ＴＧ−ＤＴＡ分析法による重量変化開始温度は７２５℃であった。従って、耐熱温度を重量変化開始温度とすれば、耐熱温度は７２５℃である。
【００４１】
尚、本発明は前記実施形態を次のように変更して実施することもできる。
・ 高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素は、Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅ｄが０．６５°以下であれば、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００℃未満であってもよい。
【００４２】
・ 衝撃圧縮処理装置における収容容器１１、円筒管１４及び円筒試料管１５の形状を、四角筒状、六角筒状等の角筒状にすることもできる。
・ 円筒試料管１５の材質、厚み等を変更することにより、円筒管１４を省略することもできる。更に、円筒試料管１５を省略することも可能である。
【００４３】
・ 円錐キャップ２１を上端に位置する固定リング１６と一体化することも可能である。
・ 混合粉末中に焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等を配合することもできる。
【００４４】
更に、前記実施形態より把握される技術的思想について記載する。
・ 前記収容容器の内底部に試料管を立設し、該試料管内に成形体を収容するとともに、その試料管上に垂状キャップを被せ、更にその垂状キャップ上に爆薬を充填することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法。この製造方法によれば、試料管の上端から成形体に向けて加わる衝撃圧力を緩和することができる。
【００４５】
・ 前記収容容器の内底部に試料管を立設し、該試料管内に成形体を収容するとともに、その試料管の外周に空間部を介して別の管を配置することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法。この製造方法によれば、試料管とその外周の管との間の空間部を経て爆薬に基づく衝撃圧力が効率良く伝達されると同時に、衝撃圧力を成形体に対してより均等に作用させることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば次のような効果を奏する。
第１の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素によれば、結晶性に優れている。
【００４７】
第２の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素によれば、第１の発明の効果に加え、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の熱安定性を向上させることができる。
【００４８】
第３又は第４の発明の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法によれば、成形体に加えられる衝撃圧力を上げることができ、成形体の圧縮効率を高めて、高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素への転換率を向上させることができ、結晶性に優れた高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における爆薬による衝撃加圧処理の装置を示す縦断面図。
【図２】図１の２−２線における断面図。
【図３】実施例１の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素のＸ線回折図。
【図４】実施例２の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素のＸ線回折図。
【図５】実施例１の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の最大ピークを拡大して示すＸ線回折図。
【符号の説明】
ｄ…半値幅、ｍ…最大ピーク、１１…収容容器、１９…成形体、２２…爆薬。
Claims (4)
- Ｘ線回折法において測定される立方晶スピネル型窒化珪素のピークのうち最大ピークの半値幅が０．６５°以下であることを特徴とする高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素。
- 更に、熱重量示差熱同時分析法（ＴＧ−ＤＴＡ分析法）による重量変化開始温度が７００〜１１００℃である請求項１に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素。
- 低圧相型の窒化珪素粉末に金属粉末を混合し、その混合粉末を加圧成形後、得られた成形体を収容容器内に収容するとともに、爆薬を収容容器内の成形体の周囲に配置して爆薬の爆轟により衝撃圧力を成形体に周囲から作用させて成形体を圧縮して低圧相型の窒化珪素を高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素へ転換することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法。
- 衝撃圧力は３０ＧＰａを越え、８０ＧＰａ以下である請求項３に記載の高圧相型の立方晶スピネル型窒化珪素の製造方法。
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