JP3090845B2 - ホウ素、炭素、窒素を主成分とするダイヤモンド構造物質の精製方法 - Google Patents

ホウ素、炭素、窒素を主成分とするダイヤモンド構造物質の精製方法

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JP3090845B2 JP06132705A JP13270594A JP3090845B2 JP 3090845 B2 JP3090845 B2 JP 3090845B2 JP 06132705 A JP06132705 A JP 06132705A JP 13270594 A JP13270594 A JP 13270594A JP 3090845 B2 JP3090845 B2 JP 3090845B2
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正典 吉田
洋三 角▲舘▼
州 薄葉
裕之 横井
雅之 川口
忠幸 川島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ホウ素、炭素、窒素を
主成分としグラファイト類似の構造を有する材料に動的
高圧力を作用させ、生成した立方晶BCX Nの精製方法
に関する。
【0002】
【従来の技術および解決すべき問題点】ダイヤモンドは
最も硬い物質であるが高温下では酸化雰囲気中で酸化さ
れること、また、鉄系の材料に侵食されやすいという欠
点がある。一方、ダイヤモンドと同様な結晶構造を有す
る立方晶窒化ホウ素(以下c−BNと記す)は、硬度が
ダイヤモンドの1/2程度であるが前記のようなダイヤ
モンドの有する欠点を持たないのが利点である。一方、
これらの両特性を併せ持つと考えられる立方晶炭窒化ホ
ウ素(以下c−BCX Nと記す)は、ダイヤモンドによ
り近い硬度を持ち、且つ、鉄系の材料に侵食されにくい
材料として期待されている材料である。このc−BCX
Nは六方晶BCX N(以下h−BCX Nと記す)粉末に
動的高圧力(「多結晶性BCN物質及びその製造法」
(特願平5−268859号))を作用させることで得
られるが、そのとき残存する未変換物質(h−BC
X N)が硬度低下の原因となっている。しかし未変換物
質を除去する方法はいまだ見いだされていない。
【0003】
【問題点を解決するための手段】本発明者らは、かかる
問題点を鑑み鋭意検討の結果、反応生成物にフッ素ガス
を接触させ、あるいは接触後溶媒中で固液分離すること
により、本質的にホウ素、炭素、窒素を主成分とするダ
イヤモンド構造物質を精製分離できることを見出し本発
明に到達したものである。
【0004】すなわち本発明は、本質的にホウ素、炭
素、窒素を主成分とするh−BCX N(x=1〜50)
とc−BCX N(x=1〜50)の混合物とフッ素ガス
とを接触させ、B,C,Nのフッ化物を除去することを
特徴とするc−BCX N(x=1〜50)の精製方法、
本質的にホウ素、炭素、窒素を主成分とするh−BCX
N(x=1〜50)とc−BCX N(x=1〜50)の
混合物とフッ素ガスとを接触させた後、溶媒を添加し液
表面浮遊物を除去し、次いで、固液分離することを特徴
とするc−BCX N(x=1〜50)の精製方法をそれ
ぞれ提供するものである。
【0005】c−BCxN(x=1〜50)の原料とし
てh−BCxN(x=1〜50)を用いるが、そのh−
BCxN(x=1〜50)は、特開平1−252519
号、特開平1−252520号、特願平5−9946号
および特願平5−197145号に記載してあるように
ホウ素源として三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素等のハロ
ゲン化ホウ素ガスあるいはホウ酸と、炭素源、窒素源あ
るいは炭素/窒素源としてアセチレン、アセトニトリ
ル、アクリロニトリル、アンモニア等炭素、窒素を含有
する気体か液体もしくは炭素、窒素を含有するポリマ
ー、繊維等を出発原料として400〜2000℃におけ
る化学気相成長法あるいは固気反応、固固反応により合
成させる。これらの方法で製造したh−BCxN(x=
1〜50)は、アセチレン、アセトニトリル、アクリロ
ニトリル、アンモニア等の水素成分を結合している。
【0006】c−BCxN(x=1〜50)への変換方
法は特願平5−268859号に記載してあるようにh
−BCxN(x=1〜50)か、銅、アルミニウム、ニ
ッケル等の金属粉を混合、圧填成型し平面型衝撃処理圧
縮装置または円筒型衝撃処理圧縮装置に設置、起爆させ
金属板を試料保持容器に衝突させ、その衝撃波により試
料を圧縮させるという工程である。衝撃処理を行った時
点では、c−BCxN(x=1〜50)と未変換物質の
h−BCxN(x=1〜50)が残存し、X線回折によ
るh−BCxNの002回折ピークとc−BCxNの11
1回折ピークのピーク強度比から算定したc−BCxN
の変換率は通常10〜50%の範囲である。本発明で
は、未変換物質であるh−BCxN(x=1〜50)の
除去に当たり、フッ素ガスを用いることを特徴としてお
り、フッ素化装置内で純度10〜100%のフッ素ガス
を導入し室温から150℃で加熱することにより、c−
BCxN相を破壊することなく未変換物質であるh−B
CxN相のみフッ素化され、炭素はフッ化黒鉛として表
面エネルギーの低さを利用して水面浮選法により除去
し、ホウ素および窒素とh−BCxNに結合している水
素はNH4BF4となり溶媒を用いて溶解させ固液分離が
可能となる。
【0007】精製した試料に関しX線回折によりh−B
X Nの002回折ピークとc−BCX Nの111回折
ピークの強度比から算定したc−BCX Nの精製率は8
0%以上にも達する。精製されたc−BCX N以外の残
存物質の内訳はフッ素化されなかったh−BCX Nであ
る。このフッ素化率はh−BCX Nの組成およびh−B
X Nを合成する際の原料にもより炭素/窒素源として
多くの水素基が付加したポリマーを使用した場合、NH
4 BF4 の生成率が高くなるため溶媒の量を増加させる
ことが好ましい。
【0008】フッ素ガスの濃度としては、10〜100
%、好ましくは10〜20%で導通する。ガス濃度が1
0%以下になるとh−BCX Nを完全に分解することが
困難であり、また、高濃度になると温度条件にもよるが
c−BCX Nも分解される恐れがある。
【0009】加熱温度としては、室温〜150℃までが
好ましい。室温以下では反応速度が遅いためh−BCX
Nの分解が困難になり、150℃以上の温度になるとガ
ス濃度条件にもよるがc−BCX Nも分解される恐れが
ある。
【0010】その他に、NH4 BF4 の溶媒として水に
限らず、メタノール、アセトン等誘電率の高い溶媒であ
ればよい。また、フッ化黒鉛を浮遊させる物質として、
水以外にもフッ化黒鉛より表面張力の高い(γC >3
0)有機化合物の液体或いは無機溶融塩であればよい。
【0011】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、かかる実施例に限定されるものではない。
【0012】実施例1 既に出願している「多結晶性BCN物質及びその製造
法」(特願平5−268859号)記載の方法(h−B
2 Nと銅の混合粉末を円盤状に成形し平面型衝撃圧縮
処理装置で衝撃圧縮処理)で得られた(h+c)−BC
2 N混合粉末0.5g(この混合粉末中のc−BC2
の含有率はX線回折で分析した結果、立方晶の111面
回折ピークと六方晶の002面回折ピークとの比較によ
り50%であることを確認)をNi皿上に薄く広げて置
き、フッ素化装置内に設置した。この時、温度コントロ
ール用熱電対とは別の熱電対を試料の内部に差し込み試
料の温度変化を測定できるようにした。系内を真空排気
後、N2 で満たし、その後10%F2 を250cc/m
inで1時間流通さた後、流通させたまま炉内温度を1
25℃まで上げた。
【0013】処理終了後の生成物は仕込品よりやや薄目
の黒色に近い粉末0.65gが得られた。生成物のX線
回折の結果、h−BC2 Nに帰属する002回折(2θ
=26.0゜;d=3.42A)はほとんど消滅し、c
−BC2 Nの111回折(2θ=43.5゜;d=2.
08A)と220回折(2θ=74.4゜;d=1.2
7A)が残り、フッ化黒鉛やNH4 BF4 に帰属する多
数の回折線が観察された。
【0014】フッ素処理後の混合粉末を水の入ったビー
カーに投入、攪拌し、水面に浮かぶ粉末はかきとり、残
りはろ過、乾燥させた。乾燥後の粉末のX線回折より得
られる六方晶002回折ピークと立方晶111回折ピー
クの強度比からc−BC2 Nの精製率を算定した結果9
6%であった。
【0015】実施例2 実施例1と同じく動的高圧力処理した(h+c)−BC
3 N混合粉末1.0g(この混合粉末c−BC3 Nの含
有率はX線回折で分析した結果、立方晶の111面回折
ピークと六方晶の002面回折ピークとの比較により3
0%であることを確認)を実施例1と同様の方法でフッ
素処理させた。
【0016】処理終了後の生成物は茶色味を帯びた灰白
色粉末1.64gが得られた。生成物のX線回折の結
果、h−BC3 Nに帰属する002回折(2θ=24.
5゜;d=3.63A)は消滅しており、c−BC3
に帰属する111回折(2θ=44.0゜;d=2.0
6A)と220回折(2θ=74.6゜;d=1.27
A)が残り、フッ化黒鉛に相当するブロードな回折(2
θ=12.3゜;d=7.2A)とNH4 BF4 に帰属
される多数の強い回折が観察された。
【0017】フッ素処理後の混合粉末は実施例1の方法
に従いフッ化物(NH4 BF4 、フッ化黒鉛)を除去し
た。乾燥後の粉末のX線回折より得られる六方晶002
回折ピークと立方晶111回折ピークの強度比からc−
BC3 Nの精製率を算定した結果90%であった。
【0018】
【発明の効果】h−BCX N粉末を動的高圧力を作用さ
せc−BCX Nを合成する際に残存する未変換物(h−
BCX N)を除去する方法として、本発明による方法
(F2 処理)を行うことにより立方晶相を破壊すること
なく六方晶相のみを完全にフッ素化し、フッ化黒鉛に関
しては水面浮選法にて、またB,Nのフッ化物に関して
は溶媒を添加し固液分離により容易かつ確実に除去する
ことが可能となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角▲舘▼ 洋三 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 薄葉 州 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 横井 裕之 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 川口 雅之 大阪府吹田市山田西3丁目21番地 千里 山田グリーンハイツ1−609 (72)発明者 川島 忠幸 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セン トラル硝子株式会社宇部研究所内 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 平1−252519(JP,A) 特開 平1−252520(JP,A) 特開 平7−48121(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 35/14 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 本質的にホウ素、炭素、窒素を主成分と
    する六方晶BCX N(x=1〜50)と立方晶BCX
    (x=1〜50)の混合物とフッ素ガスとを接触させ、
    B,C,Nのフッ化物を除去することを特徴とする立方
    晶BCX N(x=1〜50)の精製方法。
  2. 【請求項2】 本質的にホウ素、炭素、窒素を主成分と
    する六方晶BCX N(x=1〜50)と立方晶BCX
    (x=1〜50)の混合物とフッ素ガスとを接触させた
    後、溶媒を添加し液表面浮遊物を除去し、次で、固液分
    離することを特徴とする立方晶BCX N(x=1〜5
    0)の精製方法。
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