JP3527943B2 - 炭素および窒素、または炭素のみを含む希土類多ホウ化物とその製造方法 - Google Patents
炭素および窒素、または炭素のみを含む希土類多ホウ化物とその製造方法Info
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Description
素、または炭素のみを含む希土類多ホウ化物に関するも
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
造の炭素および窒素、または炭素のみを含む希土類多ホ
ウ化物に関するものである。
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 、REBl2(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。
として、YB66が発明者の一人により開発され、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、REB
50、REB41Si1.2 、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、ScB17C0.25、ScB15C1.6 、ScB15C0.8
においては炭素が結合に一定の役割を果たし、希土類多
ホウ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。
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。しかし、従来炭素と
窒素が同時に主成分として含まれ、結合に役割を果たし
た希土類多ホウ化物の存在はほとんど知られていなかっ
た。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、炭素および窒素、
または炭素のみ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。
を解決するものとして、化学式がRE1-X B22C3-yN
1-z(ただし、REは、Y(イットリウム)、Ho(ホ
ルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、
Lu(ルテチウム)の内の一種であり、x,y,zの範
囲は0≦x≦0.7、0≦y≦2、0≦z≦1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炭素
および窒素、または炭素のみを含む希土類多ホウ化物を
提供する。
化合物は、既に知られているRE−B化合物であるRE
B2 、REB4 、REB6 、REBl2、REB66、およ
び、最近知られるところとなったREB25、REB50、
REB41Si1.2 、ScB17C0.25、ScB15C1.6 、
ScB15C0.8 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 B17CN、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。
域は、一般式で表すと、前記した通り、RE1-X B22C
3-yN1-zであり、x,y,zは0≦x≦0.7、0≦y
≦2、0≦z≦1の範囲にあることが必要であり、RE
としては、Y、Ho、Er、Tm、Luの内の一種が可
能である。このRE−B−C−N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、いずれの希土類元素、組成に対しても大差なく、お
およそ、a,b=0.56nm、c=4.5nmであ
る。そのx,y,z=0の定比組成の化合物がREB22
C3Nであり、x、y、z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−3
m)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。
E=Y,Ho,Er,Tm,Luの内の一種、0≦x≦
0.7、0≦y≦2、0≦z≦1)の製造は以下のよう
に行えばよい。すなわち、REB2 、REB4 、REB
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、窒化ホウ素、またはホウ素、炭
素、窒素の化合物を生成物がRE1-X B22C3-yN1-z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。 また、REB2 、REB4 、REB6 、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 B22C3-yN1-zの組成になるように加え、一気
圧より低い窒素分圧を持つ雰囲気下、1600〜190
0℃の温度で加熱、反応させる製造方法も可能である。
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。
炭素および窒素、または炭素のみを含む希土類多ホウ化
物(RE1-X B22C3-y N1-z )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 B22C3-y N 1-z の003回折の面間隔
d=l.48nm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Na等
のK吸収端に関する分光実験が可能となる。また、Er
1-X B22C3-y N 1-z 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。
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=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 O3 +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RE
B12は粉末X線回折法により単一相であることを確認し
た。
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/ 2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、炭素、窒化ホウ素を加えた。 REB12+17B+BN+2C→REB30C2 N(=R
E0.73B22C1.46N0.73) 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、窒化ホウ素もそれ
ぞれ微粒、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。
ろ、微少量の不純物相を含んでいる場合もあったが、他
の回折線は全てRE1-X B22C3-yN1-zに基づくものと
して指数付けすることができ、REB30C2 N(=RE
0.73B22C1.46N0.73)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=4.5
nmであった。合成したY,Ho,Er,Tm,Luの
化合物の粉末X線回折図形を図1に示す。Lu化合物に
おける・印は不純物に起因する回折線を示す。
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。 0.88YB4 +18.5B+3C→Y0.88B22C3 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、2Torrの窒素分圧を窒
素供給量と真空ポンプによる排気量とを平衡させて達成
した。高周波炉により1700℃の温度で加熱、5時間
反応させた。
法で調べたところY0.88B22C3 N単一相であることを
確認した。化学分析では、Y0.86B22C2.97N0.95であ
った。C、N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。
17、y=1.54、z=0.27)=REB30C2 N
(RE=Y,Ho,Er,Tm,Lu)の粉末X線回折
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】化学式がRE1-X B22C3-yN1-z(ただ
し、REは、Y,Ho,Er,Tm,Luの内の一種で
あり、x,y,zの範囲は0≦x≦0.7、0≦y≦
2、0≦z≦1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炭素および窒素、または炭素のみを
含む希土類多ホウ化物。 - 【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、窒化ホウ素、またはそれぞれの化合
物を生成物がRE1-X B22C3-y N1-z 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、16
00〜1900℃の温度で加熱、反応させることを特徴
とする、請求項1記載の炭素および窒素、または炭素の
みを含む希土類多ホウ化物の製造方法。 - 【請求項3】 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 B22C3-y N1-z の組成になるように加え、一
気圧より低い窒素分圧を持つ雰囲気下、1600〜19
00℃の温度で加熱、反応させることを特徴とする、請
求項1記載の炭素および窒素、または炭素のみを含む希
土類多ホウ化物の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000257109A JP3527943B2 (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 炭素および窒素、または炭素のみを含む希土類多ホウ化物とその製造方法 |
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JP2002068730A JP2002068730A (ja) | 2002-03-08 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5051412B2 (ja) * | 2005-08-18 | 2012-10-17 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 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 |
JP4840755B2 (ja) * | 2005-11-11 | 2011-12-21 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 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 |
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RU2640121C2 (ru) * | 2016-04-27 | 2017-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского" | Способ получения карбоборидов редкоземельных металлов |
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