JP7066169B2 - Method for Producing Cubic or Hexagonal Boron Nitride - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 (1)平成29年10月25日 日本高圧力学会発行、第58回高圧討論会 講演要旨集、高圧力の科学と技術 第27巻(2017年)特別号 (2)平成29年11月8日~10日 日本高圧力学会主催、第58回高圧討論会、名古屋大学(名古屋市千種区不老町) (3)平成29年11月14日発行(記録用USB)International Workshop on UV Materials and Devices IWUMD 2017 抄録集 (4)平成29年11月14日~18日開催、International Workshop on UV Materials and Devices IWUMD 2017、九州大学医学部 百年講堂(福岡市東区馬出3丁目1番1号) (5)平成29年11月20日、一般社団法人ニューダイヤモンド発行、第31回 ダイヤモンドシンポジウム 講演要旨集 (6)平成29年11月20日~22日、一般社団法人ニューダイヤモンド主催、第31回 ダイヤモンドシンポジウム(関西学院大学 西宮上ヶ原キャンパス) (7)平成29年12月11日発行(記録用USB)、ICON-2DMAT 2017(The 3▲rd▼ International Conference on 2D Materials and Technology)、予稿集 (8)平成29年12月11日~14日開催、ICON-2DMAT 2017(The 3▲rd▼ International Conference on 2D Materials and Technology),School of Physical and Mathematical Sciences,Nanyang Technological University(21 Nanyang Link Singapore 637371)Application of
本発明は、立方晶系または六方晶系窒化ホウ素を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing cubic or hexagonal boron nitride.
窒化ホウ素の中でも、低密度の六方晶系sp2型層状化合物である窒化ホウ素(hBN)と、高密度の立方晶系窒化ホウ素(cBN)とが、工業的に利用されている。hBNは、耐熱材・断熱材として知られており、cBNは、ダイヤモンドに次ぐ超硬質材料として知られている。近年は、これらhBNおよびcBNは、ワイドギャップ半導体としての優れた特性も基体されている。 Among the boron nitrides, low - density hexagonal sp2 type layered compounds, boron nitride (hBN), and high-density cubic boron nitride (cBN) are industrially used. hBN is known as a heat-resistant material / heat insulating material, and cBN is known as an ultra-hard material next to diamond. In recent years, these hBNs and cBNs are also based on excellent properties as wide-gap semiconductors.
hBNは、工業的には、ホウ素酸化物と炭素とを原料にし、還元窒化処理によって製造される(例えば、特許文献1を参照)。cBNは、hBNとともにアルカリ金属またはアルカリ土類金属のホウ窒化物を高温高圧処理することによって製造される(例えば、非特許文献1および非特許文献2を参照)。特に、cBNの製造においては、原料に用いる、hBN、ならびに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のホウ窒化物が高価であるため、cBNの製造コストが高くなる。より安価にcBNを製造する方法が開発されることが望ましい。また、同じ原料から単に製造条件を変えるだけで、hBNおよびcBNの作り分けができれば、工業的に有利である。
hBN is industrially produced by reduction nitriding treatment using boron oxide and carbon as raw materials (see, for example, Patent Document 1). The cBN is produced by high-temperature and high-pressure treatment of an alkali metal or alkaline earth metal boronitride together with hBN (see, for example,
一方、NaBH4とNH4Clとを用いて菱面対称系窒化ホウ素(rBN)が製造されることが知られている(例えば、非特許文献3を参照)。非特許文献3によれば、モル比が1:1で調製されたNaBH4とNH4Clとを、1気圧、900℃の温度で反応させることによって、rBNが得られるが、rBNからhBNへの転換は難しいと結論付けている。
On the other hand, it is known that rhombic symmetric boron nitride (rBN) is produced using NaBH 4 and NH 4 Cl (see, for example, Non-Patent Document 3). According to
以上から、本発明の課題は、立方晶系窒化ホウ素(cBN)および六方晶系窒化ホウ素(hBN)の単結晶粉末を安価に製造する方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、cBNとhBNとの作り分けを可能とし、ホウ素同位体の存在比が制御されたcBNおよびhBNの単結晶粉末を安価に製造する方法を提供することである。 From the above, it is an object of the present invention to provide a method for inexpensively producing single crystal powders of cubic boron nitride (cBN) and hexagonal boron nitride (hBN). A further object of the present invention is to provide a method for inexpensively producing single crystal powders of cBN and hBN in which the abundance ratio of boron isotopes is controlled, which enables the production of cBN and hBN separately.
本発明による立方晶系窒化ホウ素(cBN)または六方晶系窒化ホウ素(hBN)でる窒化ホウ素の単結晶粉末を製造する方法は、第1族元素の水素化ホウ化物の粉末と、ハロゲン化アンモニウムの粉末とを含有する原料粉末を反応させるステップを包含し、前記原料粉末において、前記第1族元素の水素化ホウ化物が、前記ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1.25以上1.75以下となるよう含有され、前記原料粉末を、1000℃以上2500℃以下の温度範囲で、3GPa以上10GPa以下の圧力下で反応させ、これにより上記課題を解決する。
前記第1族元素の水素化ホウ化物は、NaBH4、LiBH4、KBH 4
およびCsBH4からなる群から少なくとも1つ選択される材料であってもよい。
前記ハロゲン化アンモニウムは、NH4Cl、NH4Br、NH4IおよびNH4Fからなる群から少なくとも1つ選択される材料であってもよい。
前記窒化ホウ素は、立方晶系窒化ホウ素(cBN)であり、前記反応させるステップは、前記原料粉末を、P(GPa)>T(℃)/465+0.79(ただし、Tは1000℃≦T(℃)≦2500を満たす)を満たす温度および圧力下で反応させてもよい。
前記反応させるステップは、前記原料粉末を、1450℃以上1700℃以下の温度範囲で、4.75GPaより大きく5.5GPa以下の圧力下で反応させてもよい。
前記窒化ホウ素は、六方晶系窒化ホウ素(hBN)であり、前記反応させるステップは、前記原料粉末を、P(GPa)<T(℃)/465+0.79(ただし、Tは1000℃≦T(℃)≦2500を満たす)を満たす温度および圧力下で反応させてもよい。
前記反応させるステップは、前記原料粉末を、1250℃以上1700℃以下の温度範囲で、3.75GPa以上4.75GPa以下の圧力下で反応させてもよい。
前記第1族元素の水素化ホウ化物は、10Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物(濃縮率は95%以上である)単体、11Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物(濃縮率は95%以上である)単体、または、これらの任意の割合の組み合わせであってもよい。
前記窒化ホウ素におけるホウ素同位体の割合は、前記第1族元素の水素化ホウ化物におけるホウ素同位体の割合に一致してもよい。
前記反応させるステップで得られた生成物を溶剤で処理し、第二相を除去するステップをさらに包含してもよい。
前記原料粉末は、反応抑制剤を含有してもよい。
前記反応させるステップは、前記原料粉末を10分以上24時間以下の時間反応させてもよい。
前記反応させるステップは、ベルト型高圧装置を用いてもよい。
前記単結晶粉末は、50μm以上1mm以下の範囲の粒径を有してもよい。
前記単結晶粉末は、100μm以上400μm以下の範囲の粒径を有してもよい。
The method for producing a single crystal powder of boron nitride made of cubic boron nitride (cBN) or hexagonal boron nitride (hBN) according to the present invention is a method of producing a borohydride powder of a
The hydrogenated boride of the
The ammonium halide may be a material selected from at least one selected from the group consisting of NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I and NH 4 F.
The boron nitride is cubic boron nitride (cBN), and the reaction step is to combine the raw material powder with P (GPa)> T (° C.) /465 + 0.79 (where T is 1000 ° C. ≦ T). The reaction may be carried out under a temperature and pressure satisfying (° C.) ≤ 2500).
In the reaction step, the raw material powder may be reacted in a temperature range of 1450 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower under a pressure of more than 4.75 GPa and 5.5 GPa or lower.
The boron nitride is hexagonal boron nitride (hBN), and the reaction step is to combine the raw material powder with P (GPa) <T (° C.) / 465 + 0.79 (where T is 1000 ° C. ≦ T (where T is 1000 ° C. ≦ T). The reaction may be carried out under a temperature and pressure satisfying (° C.) ≤ 2500).
In the reaction step, the raw material powder may be reacted in a temperature range of 1250 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower under a pressure of 3.75 GPa or higher and 4.75 GPa or lower.
The hydrides of the
The proportion of the boron isotope in the boron nitride may match the proportion of the boron isotope in the hydrogenated boride of the
The product obtained in the above reaction step may be further treated with a solvent to further include the step of removing the second phase.
The raw material powder may contain a reaction inhibitor.
In the reaction step, the raw material powder may be reacted for a time of 10 minutes or more and 24 hours or less.
A belt-type high-pressure device may be used for the reaction step.
The single crystal powder may have a particle size in the range of 50 μm or more and 1 mm or less.
The single crystal powder may have a particle size in the range of 100 μm or more and 400 μm or less.
本発明の製造方法によれば、第1族元素の水素化ホウ化物の粉末と、ハロゲン化アンモニウムの粉末とを含有する原料粉末を用いるが、いずれも、入手が容易かつ安価であるため、製造コストを低減できる。さらに、原料粉末において、第1族元素の水素化ホウ化物が、ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1よりも多くなるよう含有されることにより、窒化ホウ素からなる比較的大きなサイズの単結晶の粉末を高純度で製造できる。また、反応条件を制御するだけで、立方晶系または六方晶系窒化ホウ素の作り分けを可能とする。加えて、原料中のホウ素同位体の存在比が、そのまま、得られる窒化ホウ素中のホウ素同位体の存在比となるため、ホウ素同位体の存在比の制御も容易である。
According to the production method of the present invention, a raw material powder containing a hydrogenated boride powder of a
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same elements are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.
本発明では、立方晶系窒化ホウ素(cBN)および六方晶系窒化ホウ素(hBN)からなる単結晶粉末に着目し、その製造方法を説明する。 In the present invention, a single crystal powder composed of cubic boron nitride (cBN) and hexagonal boron nitride (hBN) will be focused on, and a method for producing the single crystal powder will be described.
cBNは、立方晶系に属し、F4 ̄( ̄は、4の上のオーバーラインを表す)3m空間群(International Talbes for Crystallographyの216番の空間群)に属し、表1に示す結晶パラメータおよび原子座標位置を占める。結晶構造パラメータは、例えば、G. Willら,Journal of the Less-Common Metals,117,61,1986によって開示されている。 cBN belongs to the cubic system, belongs to the F4 ̄ ( ̄ represents the overline on 4) 3m space group (space group 216 of International Talbes for Crystallography), and the crystal parameters and atoms shown in Table 1. Occupy the coordinate position. The crystal structure parameters are, for example, G.I. Will et al., Journal of the Less-Common Metals, 117, 61, 1986.
また、hBNは、六方晶系に属し、sp2型の層状化合物であり、P63/mmc空間群(International Talbes for Crystallographyの194番の空間群)に属し、表2に示す結晶パラメータおよび原子座標位置を占める。結晶構造パラメータは、例えば、R.S.Pease,Acta Crystallographica,5,356,1952によって開示されている。 In addition, hBN belongs to the hexagonal system, is a sp2 type layered compound, belongs to the P6 3 / mmc space group (space group No. 194 of International Talbes for Crystallography), and has crystal parameters and atomic coordinates shown in Table 2 . Occupy a position. The crystal structure parameters are, for example, R.I. S. It is disclosed by Peace, Acta Crystallogica, 5,356,1952.
表1および表2において、格子定数a、bおよびcは単位格子の軸の長さを示し、α、β、γは単位格子の軸間の角度を示す。原子座標は、単位格子中の各原子の位置を示す。 In Tables 1 and 2, the lattice constants a, b, and c indicate the length of the axis of the unit cell, and α, β, and γ indicate the angle between the axes of the unit cell. Atomic coordinates indicate the position of each atom in the unit cell.
本発明において、ドーパントを含有しないcBN/hBN以外にも、BとNとの比率が変わったり、他の元素(例えば、Nの一部がO(酸素)、C(炭素)、Si(シリコン)、Be(ベリリウム)等)で置き換わったりすることによって格子定数が変化するが、結晶構造と、原子が占めるサイトおよびその座標によって与えられる原子位置とは、骨格原子間の化学結合が切れるほどには大きく変わることはないものもcBN/hBNであることを意図する。本発明では、対象となる物質のX線回折や中性子回折の結果をF4 ̄3mまたはP63/mmcの空間群でリートベルト解析して求めた格子定数と原子座標とから計算されたB-Nの化学結合の長さが、表1または表2に示す結晶の格子定数と原子座標とから計算されたそれと比べて±5%以内の場合は同一の結晶構造と判定できる。化学結合の長さが±5%を超えると、化学結合が切れて別の結晶となり得る。別の簡易的な判定方法として、cBN結晶またはhBN結晶のX線回折の主要ピーク(例えば、回折強度の強い5本程度)と、対象となる物質のそれとを比較してもよい。 In the present invention, in addition to cBN / hBN containing no dopant, the ratio of B and N changes, or other elements (for example, a part of N is O (oxygen), C (carbon), Si (silicon)). , Be (berylium), etc.) changes the lattice constant, but the crystal structure and the atomic position given by the site occupied by the atom and its coordinates are such that the chemical bond between the skeleton atoms is broken. It is intended that those that do not change significantly are also cBN / hBN. In the present invention, the results of X-ray diffraction and neutron diffraction of the target substance are calculated from the lattice constant and atomic coordinates obtained by Rietbelt analysis in the space group of F4  ̄ 3 m or P6 3 / mmc. If the length of the chemical bond in Table 1 or 2 is within ± 5% of that calculated from the lattice constant and atomic coordinates of the crystal shown in Table 1 or Table 2, it can be determined that the crystal structure is the same. If the length of the chemical bond exceeds ± 5%, the chemical bond may be broken and another crystal may be formed. As another simple determination method, the main peaks of X-ray diffraction of the cBN crystal or the hBN crystal (for example, about 5 with strong diffraction intensity) may be compared with that of the target substance.
このような観点から、本発明では、cBNまたはhBNは、それぞれ、cBNまたはhBNの結晶構造と同一の結晶構造を有する、cBNまたはhBNそれ自身、BとNとのモル比が化学量論組成からずれているもの、ならびに、BおよびNの一部が他の元素(例えば、O、C、Si、Be等)で置き換わったものも含むものとする。特に、BおよびNの一部が置き換わる元素が、Be、Si等であれば、ドーパントとして機能するため、半導体材料としても機能し得る。 From this point of view, in the present invention, cBN or hBN has the same crystal structure as the crystal structure of cBN or hBN, respectively, and the molar ratio of cBN or hBN itself to B and N is from the stoichiometric composition. It also includes those that are misaligned and those in which a part of B and N is replaced with another element (for example, O, C, Si, Be, etc.). In particular, if the element in which a part of B and N is replaced is Be, Si, or the like, it functions as a dopant, so that it can also function as a semiconductor material.
本発明によれば、上述のcBNまたはhBNである窒化ホウ素の単結晶からなる粉末は、第1族元素の水素化ホウ化物の粉末と、ハロゲン化アンモニウムの粉末とを含有する原料粉末を反応させるステップによって製造される。詳細には、原料粉末において、第1族元素の水素化ホウ化物が、ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1よりも多くなるよう含有され、この原料粉末を、1000℃以上2500℃以下の温度範囲で、3GPa以上10GPa以下の圧力下で反応させる。
According to the present invention, the above-mentioned powder consisting of a single crystal of boron nitride, which is cBN or hBN, reacts a powder of a borohydride of a
本願発明者らは、第1族元素の水素化ホウ化物(MBH4:Mは第1族元素)と、ハロゲン化アンモニウム(NH4X:Xはハロゲン元素)とを、上述の温度範囲および圧力下において反応させれば、以下のような複分解反応を生じ、cBNまたはhBNである窒化ホウ素の単結晶粉末を生成できることを見出した。
MBH4+NH4X→BN+MX+4H2
The inventors of the present application have described the above-mentioned temperature range and pressure of a hydride of a
MBH 4 + NH 4 X → BN + MX + 4H 2
さらに驚くべきは、上記式によれば、第1族元素の水素化ホウ化物と、ハロゲン化アンモニウムとは、モル比で1:1であればよいが、実際には、第1族元素の水素化ホウ化物が、ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1よりも多くなるようにした原料粉末を用いることが、反応を促進するだけでなく、50μm以上1mm以下の範囲の粒径を有する比較的大きな単結晶粉末を得ることができることが分かった。上限については特に制限はないが、反応性や原料粉末の使用量を考慮すれば、3以下となるようにすればよい。実際、第1族元素の水素化ホウ化物と、ハロゲン化アンモニウムとがモル比で1となるようにした原料粉末では、条件を精査しても、複分解反応が進行せず、cBNまたはhBNである窒化ホウ素の単結晶粉末は得られなかった。すなわち、本願発明者らは、種々の実験を重ね、所定の温度範囲および圧力下において、複分解反応を進行させる、原料の特異な組み合わせおよび混合比を見出したといえる。
Even more surprisingly, according to the above formula, the hydride of the
なお、1000℃、3GPa未満では、上述の複分解反応が進行しない。また、2500℃、10GPaを超えると、上述の複分解反応は進行するが、特殊な装置が必要となり、工業的に好ましくない。 If the temperature is lower than 1000 ° C. and 3 GPa, the above-mentioned metathesis reaction does not proceed. Further, when the temperature exceeds 2500 ° C. and 10 GPa, the above-mentioned metathesis reaction proceeds, but a special device is required, which is industrially unfavorable.
第1族元素の水素化ホウ化物は、NaBH4、LiBH4、KBH 4
およびCsBH4からなる群から少なくとも1つ選択される材料である。これらの水素化ホウ化物であれば入手が容易であり、複分解反応を進行させることができる。中でも、反応効率の観点から、NaBH4が好ましい。
The
さらに、本発明の製造方法を採用すれば、第1族元素の水素化ホウ化物中のホウ素同位体の存在比(割合)が、得られる窒化ホウ素中のホウ素の同位体存在比(割合)に一致するので、ホウ素同位体量を制御した窒化ホウ素の単結晶粉末が得られる。このような観点から、第1族元素の水素化ホウ化物は、10Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物(濃縮率は95%以上である)単体、11Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物(濃縮率は95%以上である)単体、または、これらの任意の割合の組み合わせであってもよい。なお、濃縮率が95%以上であれば、同位体濃縮の効果を確実にする。
Further, if the production method of the present invention is adopted, the abundance ratio (ratio) of boron isotopes in the hydride of
ホウ素同位体の存在比を制御していない水素化ホウ化物中のホウ素同位体10Bと11Bとの存在比は2:8である。このような水素化ホウ化物を用いれば、得られる窒化ホウ素中のホウ素同位体10Bと11Bとの存在比は2:8となる。しかしながら、10Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物単体を用いれば、10Bにホウ素同位体濃縮された窒化ホウ素の単結晶粉末が得られ、11Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物単体を用いれば、11Bにホウ素同位体濃縮された窒化ホウ素の単結晶粉末が得られる。また、これら10Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物と、11Bにホウ素同位体濃縮された水素化ホウ化物とを、所望の比率で用いれば、10Bと11Bとが所望の存在比を有する窒化ホウ素の単結晶粉末が得られる。 The abundance ratio of boron isotopes 10 B and 11 B in hydrogenated boride, which does not control the abundance ratio of boron isotopes, is 2: 8. When such a hydrogenated boride is used, the abundance ratio of the boron isotopes 10 B and 11 B in the obtained boron nitride is 2: 8. However, if a boron isotope-enriched borohydride alone is used in 10 B, a boron isotope-enriched monocrystal powder of boron in 10 B can be obtained, and boron isotope-enriched hydrogenation in 11 B. When the boro compound alone is used, a single crystal powder of boron nitride enriched with boron isotope in 11B can be obtained. Further, if the borohydride enriched with boron isotope in 10 B and the borohydride enriched with boron isotope in 11 B are used in a desired ratio, 10 B and 11 B are desired. A single crystal powder of boron nitride having an abundance ratio can be obtained.
ハロゲン化アンモニウムは、NH4Cl、NH4Br、NH4IおよびNH4Fからなる群から少なくとも1つ選択される材料である。これらのハロゲン化アンモニウムであれば入手が容易であり、複分解反応を進行させることができる。中でも、反応効率の観点から、NH4Clが好ましい。 Ammonium halide is a material selected at least from the group consisting of NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I and NH 4 F. These ammonium halides are easily available and can allow the metathesis reaction to proceed. Of these, NH 4 Cl is preferable from the viewpoint of reaction efficiency.
原料粉末において、第1族元素の水素化ホウ化物が、ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1よりも多く、2よりも小さくなるよう含有されることが好ましい。この範囲であれば、窒化ホウ素の単結晶粉末を生成できる。より好ましくは、第1族元素の水素化ホウ化物が、ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1.25以上1.75以下となるよう含有される。これにより、窒化ホウ素の単結晶粉末を確実に生成できる。
In the raw material powder, it is preferable that the hydrogenated boride of the
原料は、いずれも、粉末で用いることがよいが、この場合、100nm以上500μm以下の粒径を有する粉末である。この範囲の粒径であれば、複分解反応の進行を促進する。より好ましくは、原料粉末は、好ましくは、200nm以上200μm以下の粒径を有する粉末である。なお、本願明細書において、粒径は、マイクロトラックやレーザ散乱法によって測定される体積基準のメディアン径(d50)とする。 All of the raw materials may be used as powder, but in this case, the raw material is a powder having a particle size of 100 nm or more and 500 μm or less. If the particle size is in this range, the progress of the metathesis reaction is promoted. More preferably, the raw material powder is preferably a powder having a particle size of 200 nm or more and 200 μm or less. In the specification of the present application, the particle size is a volume-based median diameter (d50) measured by a microtrack or a laser scattering method.
さらに、原料粉末は、反応抑制剤を含有してもよい。反応抑制剤は、発熱を抑えるために希釈できるものであれば特に制限はないが、例示的には、塩化ナトリウム(NaCl)や塩化セシウム(CsCl)である。原料粉末に含有される量は、10重量%以上75重量%以下の範囲である。この範囲であれば、複分解反応が進行する。 Further, the raw material powder may contain a reaction inhibitor. The reaction inhibitor is not particularly limited as long as it can be diluted in order to suppress heat generation, and examples thereof are sodium chloride (NaCl) and cesium chloride (CsCl). The amount contained in the raw material powder is in the range of 10% by weight or more and 75% by weight or less. Within this range, the metathesis reaction proceeds.
原料粉末は、上述の温度範囲および圧力下においても耐久性のある耐圧耐熱カプセル内に保持される。耐圧カプセルは、原料粉末と反応性のない材料からなるが、好ましくは、モリブデン(Mo)製である。カプセル内に保持される原料粉末の嵩密度は、1.3g/cm3以上3.0g/cm3以下にするとよい。このような嵩密度を満たす充填率とすることにより、粉末間における複分解反応を促進できる。 The raw material powder is held in a pressure resistant capsule that is durable even under the above temperature range and pressure. The pressure-resistant capsule is made of a material that does not react with the raw material powder, but is preferably made of molybdenum (Mo). The bulk density of the raw material powder held in the capsule is preferably 1.3 g / cm 3 or more and 3.0 g / cm 3 or less. By setting the filling factor to satisfy such bulk density, the metathesis reaction between the powders can be promoted.
なお、得られた窒化ホウ素の粉末が単結晶であるか否かは、単結晶X線構造回折法によって判定できるが、簡易的には、光学顕微鏡等の観察において、粉末が自形を有すれば、単結晶の粉末が得られたと判定できる。 Whether or not the obtained boron nitride powder is a single crystal can be determined by a single crystal X-ray structure diffraction method, but simply, when observed with an optical microscope or the like, the powder has a self-shaped shape. For example, it can be determined that a single crystal powder has been obtained.
次に、窒化ホウ素の単結晶の作り分けについて説明する。
図1は、立方晶系窒化ホウ素と六方晶系窒化ホウ素とを作り分けるための圧力と温度との関係を示す図である。
Next, the production of a single crystal of boron nitride will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between pressure and temperature for making cubic boron nitride and hexagonal boron nitride separately.
図1に示されるように、立方晶系窒化ホウ素(cBN)と六方晶系窒化ホウ素(hBN)との相境界線は、温度(T(℃))と圧力(P(GPa))とを用いて、P=T/465+0.79で表されることが報告されている(例えば、O.Fukunaga,Diamond Relat.Mater.,9,2000,7)。 As shown in FIG. 1, the phase boundary between cubic boron nitride (cBN) and hexagonal boron nitride (hBN) uses temperature (T (° C.)) and pressure (P (GPa)). It has been reported that P = T / 465 + 0.79 (for example, O. Fukunaga, Diamond Relat. Meter., 9, 2000, 7).
上記関係式を用いれば、反応させるステップにおいて、温度(T(℃))と圧力(P(GPa))との関係式が、P>T/465+0.79(ただし、1000≦T≦2500)を満たす場合、cBNからなる単結晶粉末が得られる。さらに好ましくは、原料粉末を、1450℃以上1700℃以下の温度範囲で、4.75GPaより大きく5.5GPa以下の圧力下で反応させればよい。これにより、cBNからなり、100μm以上1mm以下(好ましくは100μm以上400μm以下)の範囲の比較的大きな粒径を有する単結晶粉末が得られる。 If the above relational expression is used, in the step of reacting, the relational expression between the temperature (T (° C.)) and the pressure (P (GPa)) is P> T / 465 + 0.79 (however, 1000 ≦ T ≦ 2500). When satisfied, a single crystal powder consisting of cBN is obtained. More preferably, the raw material powder may be reacted in a temperature range of 1450 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower under a pressure larger than 4.75 GPa and 5.5 GPa or lower. As a result, a single crystal powder composed of cBN and having a relatively large particle size in the range of 100 μm or more and 1 mm or less (preferably 100 μm or more and 400 μm or less) can be obtained.
上記関係式を用いれば、反応させるステップにおいて、温度(T(℃))と圧力(P(GPa))との関係式が、P<T/465+0.79(ただし、1000≦T≦2500)を満たす場合、hBNからなる単結晶粉末が得られる。さらに好ましくは、原料粉末を、1250℃以上1700℃以下の温度範囲で、3.75GPa以上4.75GPa以下の圧力下で反応させればよい。これにより、hBNからなり、100μm以上1mm以下(好ましくは100μm以上400μm以下)の範囲の比較的大きな粒径を有する単結晶粉末が得られる。 If the above relational expression is used, in the step of reacting, the relational expression between the temperature (T (° C.)) and the pressure (P (GPa)) is P <T / 465 + 0.79 (however, 1000 ≦ T ≦ 2500). When satisfied, a single crystal powder consisting of hBN is obtained. More preferably, the raw material powder may be reacted in a temperature range of 1250 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower under a pressure of 3.75 GPa or higher and 4.75 GPa or lower. As a result, a single crystal powder composed of hBN and having a relatively large particle size in the range of 100 μm or more and 1 mm or less (preferably 100 μm or more and 400 μm or less) can be obtained.
反応させるステップでは、図1に示す関係式を用いて、上述の温度範囲および圧力範囲で反応させることが、cBNとhBNとを容易に作り分ける判別の観点からは、好ましい。しかしながら、条件によっては、図1に示す関係式を満たさない場合でも、cBNとhBNとを作り分けることができる。例えば、後述する実施例4、実施例6では、必ずしも、図1に示す関係式を満たさないが、hBN単結晶粉末の製造に成功している。 In the step of reacting, it is preferable to react in the above-mentioned temperature range and pressure range by using the relational expression shown in FIG. 1 from the viewpoint of discriminating that cBN and hBN can be easily separated. However, depending on the conditions, cBN and hBN can be created separately even if the relational expression shown in FIG. 1 is not satisfied. For example, in Examples 4 and 6 described later, although the relational expression shown in FIG. 1 is not always satisfied, hBN single crystal powder has been successfully produced.
なお、反応の時間は、特に制限はないが、例示的には、上述の原料粉末を、10分以上24時間以下の時間である。10分未満の場合、上述の複分解反応が十分でない場合があり、24時間を超えて行ってもそれ以上反応が進まないため非効率である。 The reaction time is not particularly limited, but, as an example, the above-mentioned raw material powder is used for 10 minutes or more and 24 hours or less. If it is less than 10 minutes, the above-mentioned metathesis reaction may not be sufficient, and even if it is carried out for more than 24 hours, the reaction does not proceed any further, which is inefficient.
反応させるステップは、上述の温度条件および圧力条件を満たす限り、任意の装置を使用できるが、例えば、ベルト型高圧装置が好ましい。ベルト型高圧装置は、上述の条件を満たすだけでなく、大量製造も可能であり、実用的である。 Any device can be used for the reaction step as long as the above temperature conditions and pressure conditions are satisfied, but for example, a belt type high pressure device is preferable. The belt-type high-voltage device not only satisfies the above conditions, but can also be mass-produced and is practical.
ここで、例示的に、原料粉末を充填したカプセルを備えた高圧セルを用い、ベルト型高圧装置により反応する場合を示す。 Here, exemplary, a case where a high-pressure cell provided with a capsule filled with raw material powder is used and the reaction is performed by a belt-type high-pressure device is shown.
図2は、本発明の実施形態である窒化ホウ素の単結晶粉末の製造に用いるカプセルを備えた高圧セルを模式的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a high-pressure cell provided with a capsule used for producing a single crystal powder of boron nitride according to an embodiment of the present invention.
図2(a)は、高圧セルの斜視図であり、図1(b)は、高圧セルの断面図である。高圧セル1は、円筒状のパイロフィライト11と、パイロフィライト11の筒内に、筒内壁面上部側および下部側に接するように配置された2つのスチールリング12A、12Bと、スチールリング12A、12Bの中心軸側に配置された円筒状のカーボンヒーター15と、カーボンヒーター15の内部に配置された耐圧耐熱カプセル16と、耐圧耐熱カプセル16の内部に充填された原料粉末17と備える。パイロフィライト11とカーボンヒーター15との間の隙間には充填用粉末13が充填されており、カーボンヒーター15と耐圧耐熱カプセル16との間の隙間にも充填用粉末14が充填されている。
FIG. 2A is a perspective view of the high-voltage cell, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the high-voltage cell. The high-
図2では、耐圧耐熱カプセル16内に第1族元素の10B同位体濃縮された水素化ホウ化物の粉末18と、第1族元素の11B同位体濃縮された水素化ホウ化物の粉末19と、ハロゲン化アンモニウムの粉末20とを混合した原料粉末17が充填されている様子を示す。
In FIG. 2, a
一端側を円板状の蓋で閉じた円筒状のカーボンヒーター15の内底部に充填用粉末14を敷き詰めてから、耐圧耐熱カプセル16を円筒状のカーボンヒーター15内に同軸となるように配置し、耐圧耐熱カプセル16とカーボンヒーター15の内壁面との隙間に充填用粉末14を充填し、更に、耐圧耐熱カプセル16の上部に充填用粉末14を敷き詰めてから、他端側を円板状の蓋で密封する。
After spreading the filling
この円筒状のカーボンヒーター15を、筒状のパイロフィライト11内に同軸となるように配置してから、カーボンヒーター15とパイロフィライト11の内壁面との隙間に充填用粉末13を充填する。充填用粉末13、14としては、例えば、NaCl+10wt%ZrO2を挙げることができる。
The
次に、パイロフィライト11の内壁面上部側の充填用粉末13に埋め込むようにスチールリング12Aを押し込むとともに、パイロフィライト11の内壁面下部側の充填用粉末13に埋め込むように別のスチールリング12Bを押し込む。以上のようにして、原料粉末17を耐圧耐熱カプセル16に充填した高圧セル1が得られる。
Next, the
図3は、本発明の実施形態である窒化ホウ素の単結晶粉末の製造に用いるベルト型高圧装置を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a belt-type high-pressure device used for producing a single crystal powder of boron nitride according to an embodiment of the present invention.
ベルト型高圧装置21のシリンダー27A、27Bの間であって、アンビル25A、25Bの間の所定の位置に、薄い金属板からなる導電体26A、26Bを接触させて、図1を参照して説明した高圧セル1を配置する。次に、これらの部材と高圧セル1との間に、パイロフィライト28を充填する。
A
アンビル25A、25B及びシリンダー27A、27Bを高圧セル1側に移動して、高圧セル1を上述の条件を満たすように加圧する。加圧した状態で、上述の条件を満たすように加熱し、所定時間、保持すればよい。
The
このようにして窒化ホウ素の単結晶粉末が得られるが、反応させるステップに続いて、得られた生成物を溶剤で処理し、第二相を除去してもよい。これにより、生成物中の窒化ホウ素の純度を向上させることができる。生成物には、上述の反応式に示されるように、第1属元素のハロゲン化物(MX)が第二相として含まれ得る。水、エタノールなどの溶剤で生成物を洗浄すれば、容易に第二相が溶解し、除去できる。特に、MXがNaClである場合、水で容易に溶解除去できる。なお、水を用いる場合、50℃以上90℃以下、好ましくは、75℃以上85℃以下の温度に加熱すると、溶解除去が促進するため好ましい。
Although a single crystal powder of boron nitride is obtained in this way, the resulting product may be treated with a solvent to remove the second phase following the reaction step. This can improve the purity of boron nitride in the product. The product may contain a halide (MX) of
このようにして本発明のcBNまたはhBNである窒化ホウ素の単結晶粉末が得られる。例えば、窒化ホウ素がcBNである場合、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有することから、単結晶粉末を砥粒として用いることができる。窒化ホウ素がhBNである場合、熱伝導率が高く、耐熱性・断熱性に優れることから、単結晶粉末を放熱材料や断熱材料として用いることができる。特に、10B濃縮された窒化ホウ素であれば、放熱効果が高い。 In this way, a single crystal powder of boron nitride, which is the cBN or hBN of the present invention, can be obtained. For example, when boron nitride is cBN, it has a hardness next to that of diamond, so that a single crystal powder can be used as an abrasive grain. When boron nitride is hBN, the single crystal powder can be used as a heat radiating material or a heat insulating material because it has high thermal conductivity and excellent heat resistance and heat insulating properties. In particular, 10 B-concentrated boron nitride has a high heat dissipation effect.
cBNもhBNもワイドギャップ半導体として知られており、本発明の製造方法によれば、安価に少なくとも数百μmの大きさを有する比較的大きな単結晶粉末であるため、半導体基板として光、電子素子、センサ等に使用できる。 Both cBN and hBN are known as wide-gap semiconductors, and according to the production method of the present invention, they are relatively large single crystal powders having a size of at least several hundred μm at low cost. , Can be used for sensors, etc.
10Bは、中性子散乱断面積が大きく、中性子吸収能が増強されることから、10B濃縮された窒化ホウ素の単結晶粉末を中性子線遮蔽材、中性子線検出器に用いることができる。 Since 10 B has a large neutron scattering cross section and neutron absorption capacity is enhanced, 10 B-concentrated boron nitride single crystal powder can be used as a neutron beam shielding material and a neutron beam detector.
単結晶粉末をそのまま用いてもよいし、必要に応じて板状などに加工して用いてもよい。例えば、hBNの単結晶粉末は、1つ1つが薄い板状であることから、プラスチック等の樹脂などと混ぜて硬化させ、板状に加工してもよい。これにより放熱基板、断熱基板として機能する。 The single crystal powder may be used as it is, or may be processed into a plate shape or the like if necessary. For example, since each hBN single crystal powder has a thin plate shape, it may be mixed with a resin such as plastic and cured to form a plate shape. This functions as a heat dissipation board and a heat insulating board.
あるいは、単結晶粉末を成形・焼結し、大きな焼結体を得てもよい。例えば、窒化ホウ素がcBNである場合、焼結体を切削工具に加工してもよいし、窒化ホウ素がhBNである場合、焼結体を放熱基板、断熱基板としてもよい。 Alternatively, a single crystal powder may be molded and sintered to obtain a large sintered body. For example, when the boron nitride is cBN, the sintered body may be processed into a cutting tool, and when the boron nitride is hBN, the sintered body may be used as a heat dissipation substrate or a heat insulating substrate.
なお、焼結に先立って、原料である生成物(第二相を含有する/含有しないcBN/hBN)を粒度調整することが好ましく、単結晶粉末が、10nm以上10μm以下の範囲を満たす粉末となるまで、粒度調整を行う。これにより、緻密な焼結体である硬質材料を製造できる。より好ましくは、反応物が、50nm以上5μm以下の範囲を満たす粉末となるまで、粒度調整を行う。これにより、緻密で粒成長が抑制された焼結体である硬質材料を製造できる。なお、粒度調整は、湿式または乾式によるボールミル、ジェットミル等を使用し、篩い分け等の分級を行ってもよい。 Prior to sintering, it is preferable to adjust the particle size of the raw material product (cBN / hBN containing / not containing the second phase), and the single crystal powder is a powder satisfying the range of 10 nm or more and 10 μm or less. Adjust the particle size until it becomes. This makes it possible to manufacture a hard material which is a dense sintered body. More preferably, the particle size is adjusted until the reaction product becomes a powder satisfying the range of 50 nm or more and 5 μm or less. As a result, it is possible to produce a hard material which is a sintered body which is dense and whose grain growth is suppressed. For the particle size adjustment, a wet or dry ball mill, jet mill, or the like may be used, and classification such as sieving may be performed.
cBNの焼結は、成型体(ペレットなどに成形されていてもよいし、容器に充填された状態でもよい)を図1に明示されるcBNの安定領域で1500℃以上2000℃以下の温度範囲で焼結する。この温度範囲であれば、焼結が進行する。より好ましくは、成型体を1800℃以上2000℃以下の温度範囲で、8GPa以上10GPa以下の圧力下で焼結する。この温度範囲かつこの圧力下であれば、粒成長を抑制したまま、緻密な焼結体である硬質材料を製造できる。なお、焼結時間は、成形体の大きさにもよるが、例示的には、10分以上1時間以下の範囲である。焼結に際して、任意の装置を使用できるが、例えば、ベルト型高圧装置が好ましい。ベルト型高圧装置は、上述の条件を満たすだけでなく、大量製造も可能であり、実用的である。 In the sintering of cBN, a molded product (which may be molded into pellets or the like or may be filled in a container) is placed in a stable region of cBN specified in FIG. 1 in a temperature range of 1500 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. Sinter with. Within this temperature range, sintering proceeds. More preferably, the molded body is sintered in a temperature range of 1800 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower under a pressure of 8 GPa or higher and 10 GPa or lower. Within this temperature range and under this pressure, it is possible to produce a hard material which is a dense sintered body while suppressing grain growth. The sintering time depends on the size of the molded product, but is exemplifiedly in the range of 10 minutes or more and 1 hour or less. Any device can be used for sintering, but for example, a belt type high pressure device is preferable. The belt-type high-voltage device not only satisfies the above conditions, but can also be mass-produced and is practical.
一方、hBNの焼結は、成型体(ペレットなどに成形されていてもよいし、容器に充填された状態でもよい)を1200℃以上2000℃以下の温度範囲で焼結する。成型後通常の雰囲気炉にて焼結してもよいが、ベルト型高圧装置、ホットプレスや熱間静水圧プレス(HIP)などを用いて図1に明示されるhBNの安定領域において加圧下にて焼結してもよい。焼結は、好ましくは、窒素雰囲気中など還元雰囲気で行われる。 On the other hand, in the sintering of hBN, a molded product (which may be molded into pellets or the like or may be filled in a container) is sintered in a temperature range of 1200 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. After molding, it may be sintered in a normal atmosphere furnace, but it may be sintered under pressure in the stable region of hBN specified in FIG. 1 using a belt-type high-pressure device, a hot press, a hot hydrostatic pressure press (HIP), or the like. May be sintered. Sintering is preferably carried out in a reducing atmosphere, such as in a nitrogen atmosphere.
なお、焼結するステップにおいて、生成物に、TiN、WC、WN、TaC、Co、NiおよびCrからなる群から選択される材料を添加してもよい。これらは焼結助剤として機能し、より緻密な焼結体である硬質材料を提供できる。添加する量は、10重量%未満が好ましい。なお、焼結助剤の生成物への添加は、制御の観点からは、生成物と焼結助剤とが直接混合されて用いられることが好ましいが、生成物が接触/充填される部材(例えばカプセル材料)に焼結助剤と同様の材料を使用し、そのまま焼結させることも意図する。 In the step of sintering, a material selected from the group consisting of TiN, WC, WN, TaC, Co, Ni and Cr may be added to the product. These function as a sintering aid and can provide a hard material which is a denser sintered body. The amount to be added is preferably less than 10% by weight. From the viewpoint of control, the addition of the sintering aid to the product is preferably used by directly mixing the product and the sintering aid, but the member to which the product is contacted / filled ( For example, a material similar to the sintering aid is used for the capsule material), and it is also intended to be sintered as it is.
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.
[実施例1~9]
実施例1~9では、図2および図3に示す高圧セルを備えたベルト型高圧装置を用いて、第1族元素の水素化ホウ化物としてNaBH4と、ハロゲン化アンモニウムとしてNH4Clとの原料粉末から、種々の圧力および温度条件において本発明の窒化ホウ素(cBNまたはhBN)の単結晶粉末を製造した。
[Examples 1 to 9]
In Examples 1 to 9, using a belt-type high-pressure device provided with the high-pressure cells shown in FIGS. 2 and 3, NaBH 4 is used as the borohydride of the
NaBH4(シグマアルドリッチ製、ホウ素同位体の存在比(10B:11B)は天然比の2:8であった)とNH4Cl(和光純薬工業株式会社製)とを、モル比で、6:4となるように混合し、原料粉末とした。原料粉末の粒径は、100nm以上500μm以下であることを確認した。なお、混合は、窒素ガスを充填したグローブボックス(H2OおよびO2の濃度は1ppm以下に制御された)内で行った。 NaBH 4 (manufactured by Sigma-Aldrich, the abundance ratio of boron isotopes ( 10 B: 11 B) was 2: 8 of the natural ratio) and NH 4 Cl (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in molar ratio. , 6: 4 to prepare a raw material powder. It was confirmed that the particle size of the raw material powder was 100 nm or more and 500 μm or less. The mixing was carried out in a glove box filled with nitrogen gas (concentrations of H2O and O2 were controlled to 1 ppm or less).
この原料粉末を、一端側を円板状の蓋で閉じたMo(モリブデン)製の円筒状の耐圧耐熱カプセル(図2の16)内に充填してから、他端側を円板状のMo製の蓋で密封した。このとき、充填時の嵩密度は、1.4g/cm3であった。次に、一端側を円板状の蓋で閉じた円筒状のカーボンヒーター(図2の15)の内底部に充填用粉末(NaCl+10wt%ZrO2)を敷き詰めてから、この耐圧耐熱カプセルを円筒状のカーボンヒーター内に同軸となるように配置し、耐圧耐熱カプセルとカーボンヒーターの内壁面との隙間に充填用粉末(NaCl+10wt%ZrO2)を充填し、更に、耐圧耐熱カプセルの上部に充填用粉末(NaCl+10wt%ZrO2)を敷き詰めてから、他端側を円板状の蓋で密封した。 This raw material powder is filled in a cylindrical pressure-resistant heat-resistant capsule (16 in FIG. 2) made of Mo (molybdenum) whose one end is closed with a disk-shaped lid, and then the other end is a disk-shaped Mo. Sealed with a made lid. At this time, the bulk density at the time of filling was 1.4 g / cm 3 . Next, filling powder (NaCl + 10 wt% ZrO 2 ) is spread on the inner bottom of a cylindrical carbon heater (15 in FIG. 2) whose one end is closed with a disk-shaped lid, and then the pressure-resistant heat-resistant capsule is cylindrical. The filling powder (NaCl + 10wt% ZrO 2 ) is filled in the gap between the pressure-resistant heat-resistant capsule and the inner wall surface of the carbon heater, and the filling powder is further placed on the upper part of the pressure-resistant heat-resistant capsule. After spreading (NaCl + 10 wt% ZrO 2 ), the other end side was sealed with a disk-shaped lid.
次に、この円筒状のカーボンヒーターを、筒状のパイロフィライト内に同軸となるように配置してから、カーボンヒーターとパイロフィライトの内壁面との隙間に充填用粉末(NaCl+10wt%ZrO2)を充填した。 Next, after arranging the cylindrical carbon heater coaxially in the tubular pyrophyllite, the filling powder (NaCl + 10 wt% ZrO 2 ) is filled in the gap between the carbon heater and the inner wall surface of the pyrophyllite. ) Was filled.
次に、パイロフィライトの内壁面上部側の充填用粉末にスチールリングを押し込むとともに、パイロフィライトの内壁面下部側の充填用粉末に別のスチールリングを押し込んだ。以上のようにして、高圧セル(図2の1)を作製した。 Next, the steel ring was pushed into the filling powder on the upper side of the inner wall surface of the pyrophyllite, and another steel ring was pushed into the filling powder on the lower side of the inner wall surface of the pyrophyllite. As described above, a high-voltage cell (1 in FIG. 2) was produced.
高圧セルを、図3に示すベルト型加圧装置の所定の位置に配置した。高圧セルを、表3に示す圧力値まで加圧した。次に、加圧した状態で、表3に示す温度で加熱した。この状態で、温度・圧力を30分間保持した。これにより、原料粉末を高温高圧反応させた。 The high pressure cell was placed at a predetermined position in the belt type pressurizing device shown in FIG. The high pressure cell was pressurized to the pressure values shown in Table 3. Next, under pressure, the mixture was heated at the temperatures shown in Table 3. In this state, the temperature and pressure were maintained for 30 minutes. As a result, the raw material powder was reacted at high temperature and high pressure.
室温・常圧に戻し、耐圧耐熱カプセル内部の生成物を取り出した。次に、生成物を80℃に加熱した水中で処理した。これにより、生成物に付着したNaClを溶解除去した。このようにして得られた生成物を、それぞれ、実施例1~9の試料と称する。 The temperature and pressure were returned to normal temperature, and the product inside the pressure-resistant heat-resistant capsule was taken out. The product was then treated in water heated to 80 ° C. As a result, NaCl adhering to the product was dissolved and removed. The products thus obtained are referred to as samples of Examples 1 to 9, respectively.
実施例1~9の試料を光学顕微鏡(SZX12、オリンパス株式会社製)により観察し、粉末X線回折(XRD、RINT2200、株式会社リガク製)により同定した。結果を図5、6に示す。実施例1~9の試料のラマンスペクトルをラマン分光装置(PDPX、フォトンデザイン株式会社製)により測定した。結果を図9~図11に示す。 The samples of Examples 1 to 9 were observed with an optical microscope (SZX12, manufactured by Olympus Corporation) and identified by powder X-ray diffraction (XRD, RINT2200, manufactured by Rigaku Corporation). The results are shown in FIGS. 5 and 6. The Raman spectra of the samples of Examples 1 to 9 were measured by a Raman spectroscope (PDPX, manufactured by Photon Design Co., Ltd.). The results are shown in FIGS. 9 to 11.
[比較例1]
比較例1では、図2および図3に示す高圧セルを備えたベルト型高圧装置を用いて、第1族元素の水素化ホウ化物としてNaBH4と、ハロゲン化アンモニウムとしてNH4Clとの原料粉末から、圧力5GPa、温度1500℃において窒化ホウ素(cBN)の単結晶粉末の製造を試みた。比較例1は、実施例1と、NaBH4とNH4Clとのモル比が異なる以外は、同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、比較例1の試料を光学顕微鏡により観察し、XRDパターンを測定した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a raw material powder containing NaBH 4 as a borohydride of a
[比較例2]
比較例2では、図2および図3に示す高圧セルを備えたベルト型高圧装置を用いて、原料としてhBNと、触媒としてNaBH4との原料粉末から、圧力5GPa、温度1500℃において窒化ホウ素(cBN)の単結晶粉末の製造を試みた。比較例2では、NaBH4とhBNとを、モル比で、2:8となるように混合し、原料粉末とした以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。なお、hBNは、非特許文献2と同様にして調製した。実施例1と同様に、比較例2の試料を光学顕微鏡により観察し、XRDパターンを測定した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, using the belt-type high-pressure device provided with the high-pressure cells shown in FIGS. 2 and 3, boron nitride (boron nitride) (from the raw material powder of hBN as a raw material and NaBH 4 as a catalyst at a pressure of 5 GPa and a temperature of 1500 ° C. An attempt was made to produce a single crystal powder of cBN). Comparative Example 2 is the same as Example 1 except that NaBH 4 and hBN are mixed so as to have a molar ratio of 2: 8 to obtain a raw material powder, and thus the description thereof will be omitted. The hBN was prepared in the same manner as in
[比較例3]
比較例3では、図2および図3に示す高圧セルを備えたベルト型高圧装置を用いて、原料としてhBNと、触媒としてNH4Clとの原料粉末から、圧力5GPa、温度1500℃において窒化ホウ素(cBN)の単結晶粉末の製造を試みた。比較例3では、NH4ClとhBNとを、モル比で、2:8となるように混合し、原料粉末とした以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。なお、hBNは、非特許文献2と同様にして調製した。実施例1と同様に、比較例3の試料を光学顕微鏡により観察し、XRDパターンを測定した。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, using the belt-type high-pressure device provided with the high-pressure cells shown in FIGS. 2 and 3, boron nitride was prepared from a raw material powder of hBN as a raw material and NH 4 Cl as a catalyst at a pressure of 5 GPa and a temperature of 1500 ° C. An attempt was made to produce a single crystal powder of (cBN). Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that NH 4 Cl and hBN are mixed so as to have a molar ratio of 2: 8 to obtain a raw material powder, and thus the description thereof will be omitted. The hBN was prepared in the same manner as in
以上の実施例/比較例を簡単のため表3に示し、結果を説明する。 The above Examples / Comparative Examples are shown in Table 3 for simplicity, and the results will be described.
図4は、実施例1の試料の光学顕微鏡写真を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an optical micrograph of the sample of Example 1.
図4において一マスは1mmの長さを示す。図4によれば、実施例1の試料の粉末の大きさは、50μm以上1mm以下、詳細には、100μm以上400μm以下の範囲を有する大きな粒径を有することが分かった。また、それぞれの粉末は、いずれも、自形を有しており、単結晶であることが分かった。図示しないが、実施例2~9の試料も同様の大きさを有し、単結晶であることを確認した。 In FIG. 4, one square has a length of 1 mm. According to FIG. 4, it was found that the powder size of the sample of Example 1 had a large particle size having a range of 50 μm or more and 1 mm or less, more specifically, 100 μm or more and 400 μm or less. Further, it was found that each of the powders had an automorphic shape and was a single crystal. Although not shown, it was confirmed that the samples of Examples 2 to 9 had the same size and were single crystals.
図5は、実施例2の試料のXRDパターンを示す図である。
図6は、実施例6の試料のXRDパターンを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an XRD pattern of the sample of Example 2.
FIG. 6 is a diagram showing an XRD pattern of the sample of Example 6.
図5によれば、実施例2の試料のXRDパターンは、主として、cBNのXRDパターン(JCPDS No.25-1033)に一致した。一部、hBNを示すピークが見られたが、生成物のうち95vol%以上が、cBNであると判定される。図示しないが、実施例1および実施例3の試料のXRDパターンは、いずれも、cBNのXRDパターンに一致し、hBN相や不純物相を示すピークは見られなかった。このことから、図1に示す相境界線に基づいて、温度(T(℃))と圧力(P(GPa))との関係式が、P>T/465+0.79(ただし、1000≦T≦2500)を満たす場合、cBNからなる単結晶粉末が得られることが分かった。 According to FIG. 5, the XRD pattern of the sample of Example 2 mainly matched the XRD pattern of cBN (JCPDS No. 25-1033). Although some peaks indicating hBN were observed, it is determined that 95 vol% or more of the products are cBN. Although not shown, the XRD patterns of the samples of Examples 1 and 3 all matched the XRD pattern of cBN, and no peak indicating the hBN phase or the impurity phase was observed. From this, based on the phase boundary line shown in FIG. 1, the relational expression between the temperature (T (° C.)) and the pressure (P (GPa)) is P> T / 465 + 0.79 (however, 1000 ≦ T ≦). It was found that if 2500) was satisfied, a single crystal powder consisting of cBN could be obtained.
図6(A)は、水(80℃)で洗浄前の実施例8の試料のXRDパターンを示し、図6(B)は、洗浄後の実施例8の試料のXRDパターンを示す。図6によれば、水によって不純物であるNaClは、容易に溶解除去されることが示された。図6(B)によれば、実施例5の試料のXRDパターンは、hBNのXRDパターン(JCPDS No.34-0421)に一致し、不純物相を示すピークは見られなかった。図示しないが、実施例4~7および実施例9の試料のXRDパターンも、hBNのXRDパターンに一致し、不純物相を示すピークは見られなかった。実施例5、7~9の結果から、図1に示す相境界線に基づいて、温度(T(℃))と圧力(P(GPa))との関係式が、P<T/465+0.79(ただし、1000≦T≦2500)を満たす場合、hBNからなる単結晶粉末が得られることが分かった。 FIG. 6A shows the XRD pattern of the sample of Example 8 before washing with water (80 ° C.), and FIG. 6B shows the XRD pattern of the sample of Example 8 after washing. According to FIG. 6, it was shown that NaCl, which is an impurity, is easily dissolved and removed by water. According to FIG. 6B, the XRD pattern of the sample of Example 5 matched the XRD pattern of hBN (JCPDS No. 34-0421), and no peak showing an impurity phase was observed. Although not shown, the XRD patterns of the samples of Examples 4 to 7 and Example 9 also matched the XRD pattern of hBN, and no peak showing an impurity phase was observed. From the results of Examples 5 and 7 to 9, the relational expression between the temperature (T (° C.)) and the pressure (P (GPa)) is P <T / 465 + 0.79 based on the phase boundary line shown in FIG. However, it was found that a single crystal powder composed of hBN can be obtained when (1000 ≦ T ≦ 2500) is satisfied.
図示しないが、比較例1の試料のXRDパターンは、cBNを示すピークを有さず、複分解反応が進まなかったことが分かった。このことから、複分解反応の進行には、原料粉末において、第1族元素の水素化ホウ化物が、ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1よりも多くなるよう含有されることが必須であることが示された。
Although not shown, the XRD pattern of the sample of Comparative Example 1 did not have a peak showing cBN, and it was found that the metathesis reaction did not proceed. From this, in order to proceed with the metathesis reaction, it is essential that the raw material powder contains a hydrogenated boride of a
図示しないが、比較例2の試料のXRDパターンは、cBNのXRDパターンに一致し、hBN相や不純物相を示すピークは見られなかった。また、比較例2の試料は、光学顕微鏡観察によれば、約5μmの大きさを有する粉末であった。 Although not shown, the XRD pattern of the sample of Comparative Example 2 matched the XRD pattern of cBN, and no peak indicating the hBN phase or the impurity phase was observed. Further, the sample of Comparative Example 2 was a powder having a size of about 5 μm according to the observation with an optical microscope.
比較例3の試料のXRDパターンは、主としてhBNのXRDパターンに一致し、一部にcBNを示すピークが見られ、生成物のうち約5vol%がcBNであると判定された。また、比較例3の試料は、光学顕微鏡観察によれば、約5μmの大きさを有する粉末であった。 The XRD pattern of the sample of Comparative Example 3 mainly matched the XRD pattern of hBN, a peak showing cBN was partially observed, and it was determined that about 5 vol% of the product was cBN. Further, the sample of Comparative Example 3 was a powder having a size of about 5 μm according to the observation with an optical microscope.
簡単のため、実施例1~9および比較例1~3の試料の主生成相を表4にまとめる。 For the sake of simplicity, the main production phases of the samples of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3 are summarized in Table 4.
これらから、50μm以上、好ましくは、100μm以上の大きさを有するcBN/hBNからなる単結晶粉末を得るためには、第1族元素の水素化ホウ化物の粉末と、ハロゲン化アンモニウムの粉末とを含有する原料粉末を用いることが好ましいことが示された。
From these, in order to obtain a single crystal powder made of cBN / hBN having a size of 50 μm or more, preferably 100 μm or more, a powder of a borohydride of a
[実施例10~15]
実施例10~15では、図2および図3に示す高圧セルを備えたベルト型高圧装置を用いて、第1族元素の水素化ホウ化物として10Bにホウ素同位体濃縮したNa10BH4および/または11Bにホウ素同位体濃縮したNa11BH4と、ハロゲン化アンモニウムとしてNH4Clとの原料粉末から、種々の圧力および温度条件において本発明の窒化ホウ素(cBNまたはhBN)の単結晶粉末を製造した。
[Examples 10 to 15]
In Examples 10 to 15, the Na 10 BH 4 and the boron isotope enriched to 10 B as the hydride of the
10Bにホウ素同位体濃縮したNa10BH4として、Na10BH4(Katchem社製、メーカ分析(電子スピン共鳴法(ESR))による10B濃縮率は98%以上であった。)を、11Bにホウ素同位体濃縮したNa11BH4として、Na11BH4(Katchem社製、メーカ分析(電子スピン共鳴法(ESR))による10B濃縮率は99%以上であった。)を用い、表5に示す組成で混合し、表5に示す圧力および温度にて反応させた。詳細な手順は実施例1と同様であるため、説明を省略する。このようにして得られた生成物を、それぞれ、実施例10~15の試料と称する。 As Na 10 BH 4 enriched with boron isotope to 10 B, Na 10 BH 4 (manufactured by Katchem, 10 B enrichment by manufacturer analysis (electron spin resonance method (ESR)) was 98% or more). As Na 11 BH 4 enriched with boron isotope in 11 B, Na 11 BH 4 (manufactured by Katchem, 10 B enrichment by manufacturer analysis (electron spin resonance method (ESR)) was 99% or more) was used. , The composition shown in Table 5 was mixed, and the reaction was carried out at the pressure and temperature shown in Table 5. Since the detailed procedure is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted. The products thus obtained are referred to as samples of Examples 10 to 15, respectively.
実施例1と同様に、実施例10~15の試料を光学顕微鏡により観察し、XRDパターンおよびラマンスペクトルを測定した。また、実施例10の試料を図2および図3のベルト型加圧装置によって焼結した。詳細には、実施例10の試料を150℃の王水(硝酸:塩酸=体積比1:1)で煮沸・精製し、更に蒸留水で清浄後、六方晶窒化ホウ素(hBN)製カプセルに充填し、10GPaの圧力下、2000℃、15分間焼結した。得られた焼結体は、直径6mm、厚さ1mmの大きさを有した。二次イオン質量分析法(SIMS:IMS-7f、CAMECA社製)により、この焼結体の深さ(厚さ)方向のホウ素同位体の濃度分布を調べた。これらの結果を図7~図12に示す。 Similar to Example 1, the samples of Examples 10 to 15 were observed with an optical microscope, and the XRD pattern and Raman spectrum were measured. Further, the sample of Example 10 was sintered by the belt type pressurizing device of FIGS. 2 and 3. Specifically, the sample of Example 10 is boiled and purified in aqua regia (nitric acid: hydrochloric acid = volume ratio 1: 1) at 150 ° C., further purified with distilled water, and then filled in a hexagonal boron nitride (hBN) capsule. Then, it was sintered at 2000 ° C. for 15 minutes under a pressure of 10 GPa. The obtained sintered body had a size of 6 mm in diameter and 1 mm in thickness. The concentration distribution of boron isotopes in the depth (thickness) direction of this sintered body was investigated by secondary ion mass spectrometry (SIMS: IMS-7f, manufactured by CAMECA). These results are shown in FIGS. 7 to 12.
以上の実施例を簡単のため表5に示し、結果を説明する。 The above examples are shown in Table 5 for simplicity, and the results will be described.
図7は、実施例10の試料の光学顕微鏡写真を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an optical micrograph of the sample of Example 10.
図7によれば、実施例10の試料の粉末の大きさは、50μm以上1mm以下の範囲を有する大きな粒径を有することが分かった。また、それぞれの粉末は、いずれも、自形を有しており、単結晶であることが分かった。図示しないが、実施例11~15の試料も同様の大きさを有し、単結晶であることを確認した。 According to FIG. 7, it was found that the size of the powder of the sample of Example 10 had a large particle size having a range of 50 μm or more and 1 mm or less. Further, it was found that each of the powders had an automorphic shape and was a single crystal. Although not shown, it was confirmed that the samples of Examples 11 to 15 had the same size and were single crystals.
図示しないが、実施例10~12の試料のXRDパターンは、いずれも、図5と同様に、cBNのXRDパターンに一致した。また、実施例13~15の試料のXRDパターンは、いずれも、図6(B)と同様に、hBNのXRDパターンに一致した。これらから、実施例1~9と同様に、本発明の方法を採用し、cBNからなる単結晶粉末およびhBNからなる単結晶粉末の作り分けができることが示された。 Although not shown, the XRD patterns of the samples of Examples 10 to 12 all matched the XRD patterns of cBN, as in FIG. In addition, the XRD patterns of the samples of Examples 13 to 15 all matched the XRD patterns of hBN, as in FIG. 6 (B). From these, it was shown that the method of the present invention can be adopted to prepare a single crystal powder made of cBN and a single crystal powder made of hBN, as in Examples 1 to 9.
図8は、実施例10の焼結体のB同位体元素のSIMSプロファイルを示す。 FIG. 8 shows the SIMS profile of the B isotope element of the sintered body of Example 10.
図8によれば、実施例10の焼結体は、表面から深さ方向にわたって、10B濃縮されたcBN(10B濃縮率は96%)であることが分かった。さらに、わずかに誤差があるものの、原料に用いた10Bにホウ素同位体濃縮したNa10BH4におけるホウ素同位体の存在比は、反応後の試料においても、実質的に反映されることが示唆された。 According to FIG. 8, it was found that the sintered body of Example 10 was cBN enriched with 10 B ( 10 B enrichment rate was 96%) from the surface to the depth direction. Furthermore, although there is a slight error, it is suggested that the abundance ratio of boron isotope in Na 10 BH 4 enriched with boron isotope in 10 B used as a raw material is substantially reflected in the sample after the reaction. Was done.
図9は、実施例1および10の試料のラマンスペクトルを示す図である。
図10は、実施例1および10~12の試料のラマンスペクトルを示す図である。
図11は、実施例7および13~15の試料のラマンスペクトルを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing Raman spectra of the samples of Examples 1 and 10.
FIG. 10 is a diagram showing Raman spectra of the samples of Examples 1 and 10-12.
FIG. 11 is a diagram showing Raman spectra of the samples of Examples 7 and 13 to 15.
実施例1の試料のラマンスペクトルは、1060cm-1近傍、および、1310cm-1近傍にピークを有し、実施例10の試料のラマンスペクトルは、1080cm-1近傍、および、1330cm-1近傍にピークを有し、明らかなピークシフトを示した。実施例1の試料は、天然比でホウ素同位体を含有する原料を用いていることから、得られたcBN単結晶粉末におけるホウ素同位体の存在比もまた天然比(10B:11B=2:8)である。一方、実施例10の試料は、上述したように、10B濃縮されたcBN単結晶粉末であり、そのホウ素同位体の存在比は、10B:11B=9.6:0.4である。ピークシフトは、このホウ素同位体の存在比の差に基づき、10Bの存在比が多くなるほど短波長側に、11Bの存在比が多くなるほど長波長側にシフトすることを示唆する。 The Raman spectrum of the sample of Example 1 has peaks near 1060 cm -1 and 1310 cm -1 , and the Raman spectrum of the sample of Example 10 peaks near 1080 cm -1 and 1330 cm -1 . And showed a clear peak shift. Since the sample of Example 1 uses a raw material containing a boron isotope at a natural ratio, the abundance ratio of the boron isotope in the obtained cBN single crystal powder is also the natural ratio ( 10 B: 11 B = 2). : 8). On the other hand, the sample of Example 10 is a cBN single crystal powder enriched with 10 B as described above, and the abundance ratio of the boron isotope is 10 B: 11 B = 9.6: 0.4. .. The peak shift suggests that the greater the abundance ratio of 10 B, the shorter the wavelength side, and the larger the abundance ratio of 11 B, the longer the wavelength side, based on the difference in the abundance ratios of the boron isotopes.
図9には、1050~1080cm-1近傍のピークを詳細に示す。上述したように、原料に用いたホウ素同位体の存在比が実質的にそのまま反映されるとすれば、実施例1、10~12の試料におけるホウ素同位体の存在比(10B:11B)は、それぞれ、2:8、9.6:0.4、0.1~0:9.9~10および5:5となる。ここで、ラマンシフトに着目すると、実施例11、実施例1、実施例12および実施例10の順にピークは長波長側から短波長側に向かって出現しており、10Bの存在比が多くなる順に/11Bの存在比が小さくなる順に一致した。 FIG. 9 shows in detail the peaks in the vicinity of 1050 to 1080 cm -1 . As described above, assuming that the abundance ratio of the boron isotope used as the raw material is reflected substantially as it is, the abundance ratio of the boron isotope in the samples of Examples 1 and 10 to 12 ( 10 B: 11 B). Are 2: 8, 9.6: 0.4, 0.1 to 0: 9.9 to 10 and 5: 5, respectively. Here, focusing on the Raman shift, peaks appear in the order of Example 11, Example 1, Example 12, and Example 10 from the long wavelength side to the short wavelength side, and the abundance ratio of 10 B is large. The abundance ratio of / 11B was matched in ascending order.
図10には、1350~1390cm-1近傍のピークを詳細に示す。図10において、太線で示すラマンスペクトルは、非特許文献2を参照して得たホウ素同位体が天然比であるhBNのスペクトルである。ここでも、上述したように、原料に用いたホウ素同位体の存在比が実質的にそのまま反映されるとすれば、実施例7、13~15におけるホウ素同位体の存在比(10B:11B)は、それぞれ、2:8、9.6:0.4、0.1~0:9.9~10および5:5となる。ここで、ラマンシフトに着目すると、実施例14、実施例7、実施例16および実施例13の順にピークは長波長側から短波長側に向かって出現しており、10Bの存在比が多くなる順に/11Bの存在比が小さくなる順に一致した。
FIG. 10 shows in detail the peaks in the vicinity of 1350 to 1390 cm -1 . In FIG. 10, the Raman spectrum shown by a thick line is a spectrum of hBN in which the boron isotope is a natural ratio obtained with reference to
以上から、ラマンスペクトルのピークは、cBNおよびhBNいずれにおいても、10Bの存在比が多くなるほど短波長側に、11Bの存在比が多くなるほど長波長側にシフトすることが示された。 From the above, it was shown that the peak of the Raman spectrum shifts to the short wavelength side as the abundance ratio of 10 B increases and to the long wavelength side as the abundance ratio of 11 B increases in both cBN and hBN.
図12は、図10から求めたcBNのホウ素同位体の存在比とラマンシフトとの関係を示す図である。
図13は、図11から求めたhBNのホウ素同位体の存在比とラマンシフトとの関係を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the abundance ratio of the boron isotope of cBN obtained from FIG. 10 and the Raman shift.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the abundance ratio of the boron isotope of hBN obtained from FIG. 11 and the Raman shift.
図12に示されるように、cBNにおけるホウ素同位体の存在比は、ラマンシフトと線形の関係があることがわかった。図13に示されるように、hBNにおけるホウ素同位体の存在比とラマンシフトとの関係は、弓なりではあるものの、実質的に線形の関係があることがわかった。 As shown in FIG. 12, it was found that the abundance ratio of boron isotopes in cBN has a linear relationship with Raman shift. As shown in FIG. 13, it was found that the relationship between the abundance ratio of boron isotopes in hBN and Raman shift is a substantially linear relationship, although it is arched.
このことから、任意のcBNおよびhBNの試料についてラマンシフトを調べれば、上述の線形の関係式からそれらの試料におけるホウ素同位体の存在比を求めることが可能であり、cBN/hBNにおけるホウ素同位体の存在比を特定する方法を提供できることが示された。 From this, by investigating the Raman shift for arbitrary cBN and hBN samples, it is possible to determine the abundance ratio of boron isotopes in those samples from the above linear relational expression, and the boron isotopes in cBN / hBN. It has been shown that a method of identifying the abundance ratio of cannabinol can be provided.
本発明の製造方法によれば、窒化ホウ素からなる単結晶の粉末を、安価かつ高純度で製造でき、立方晶系または六方晶系窒化ホウ素の作り分け、あるいは、ホウ素同位体の存在比が制御された窒化ホウ素を製造できる。このようにして得られた窒化ホウ素の単結晶粉末は、超硬質材料として機能するため、研削・切削工具(例えば、ドリル、エンドミル、ボブ、フライス、旋盤、ピニオンカッタ等)に好ましく、加工工具産業、加工産業、加工用装置産業等で利用される。また、このようにして得られた窒化ホウ素の単結晶粉末は、比較的大きなサイズを有するため、ワイドギャップ半導体として使用できる。このようにして得られた窒化ホウ素の単結晶粉末は、ホウ素同位体の存在比が制御されているので、中性子線遮蔽材、中性子線検出器に利用される。 According to the production method of the present invention, a single crystal powder made of boron nitride can be produced inexpensively and with high purity, and cubic or hexagonal boron nitride can be produced separately, or the abundance ratio of boron isotopes is controlled. Boron nitride can be produced. Since the boron nitride single crystal powder thus obtained functions as an ultra-hard material, it is preferable for grinding / cutting tools (for example, drills, end mills, bobs, milling cutters, lathes, pinion cutters, etc.), and the machining tool industry. , Used in the processing industry, processing equipment industry, etc. Further, since the boron nitride single crystal powder thus obtained has a relatively large size, it can be used as a wide-gap semiconductor. Since the boron nitride single crystal powder thus obtained has a controlled abundance ratio of boron isotopes, it is used as a neutron beam shielding material and a neutron beam detector.
1 高圧セル
11 パイロフィライト容器(筒)
12A、12B スチールリング
13、14 充填用粉末(NaCl+10wt%ZrO2)
15 カーボンヒーター
16 耐圧耐熱カプセル
17 原料粉末
18、19 第1族元素の水素化ホウ化物の粉末
20 ハロゲン化アンモニウムの粉末
21 ベルト型高圧装置
25A、25B アンビル
26A、26B 導電体
27A、27B シリンダー
28 パイロフィライト(充填用)
1 High-
12A,
15
Claims (15)
前記窒化ホウ素は、立方晶系窒化ホウ素(cBN)または六方晶系窒化ホウ素(hBN)であり、
第1族元素の水素化ホウ化物の粉末と、ハロゲン化アンモニウムの粉末とを含有する原料粉末を反応させるステップを包含し、
前記原料粉末において、前記第1族元素の水素化ホウ化物が、前記ハロゲン化アンモニウムに対してモル比で1.25以上1.75以下となるよう含有され、
前記原料粉末を、1000℃以上2500℃以下の温度範囲で、3GPa以上10GPa以下の圧力下で反応させる、方法。 A method for producing a single crystal powder of boron nitride.
The boron nitride is cubic boron nitride (cBN) or hexagonal boron nitride (hBN).
Including the step of reacting a raw material powder containing a powder of a hydrogenated boride of a Group 1 element with a powder of ammonium halide.
In the raw material powder, the hydrogenated boride of the Group 1 element is contained so as to have a molar ratio of 1.25 or more and 1.75 or less with respect to the ammonium halide.
A method of reacting the raw material powder in a temperature range of 1000 ° C. or higher and 2500 ° C. or lower under a pressure of 3 GPa or higher and 10 GPa or lower.
前記反応させるステップは、前記原料粉末を、P(GPa)>T(℃)/465+0.79(ただし、Tは1000℃≦T(℃)≦2500を満たす)を満たす温度および圧力下で反応させる、請求項1~3のいずれかに記載の方法。 The boron nitride is cubic boron nitride (cBN).
In the reaction step, the raw material powder is reacted under a temperature and pressure satisfying P (GPa)> T (° C.) / 465 + 0.79 (where T satisfies 1000 ° C. ≤ T (° C.) ≤ 2500). , The method according to any one of claims 1 to 3 .
前記反応させるステップは、前記原料粉末を、P(GPa)<T(℃)/465+0.79(ただし、Tは1000℃≦T(℃)≦2500を満たす)を満たす温度および圧力下で反応させる、請求項1~3のいずれかに記載の方法。 The boron nitride is hexagonal boron nitride (hBN).
In the reaction step, the raw material powder is reacted under a temperature and pressure satisfying P (GPa) <T (° C.) / 465 + 0.79 (where T satisfies 1000 ° C. ≤ T (° C.) ≤ 2500). , The method according to any one of claims 1 to 3 .
The method according to claim 14, wherein the single crystal powder has a particle size in the range of 100 μm or more and 400 μm or less.
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