JPH01131065A

JPH01131065A - 常圧焼結窒化硼素成形体

Info

Publication number: JPH01131065A
Application number: JP62286483A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Adachi; 健一安達
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1987-11-14
Filing date: 1987-11-14
Publication date: 1989-05-23
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JP2614874B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、常圧焼結窒化硼素成形体に関する。

〈従来の技術〉窒化硼素（ＢＮ）は、電気絶縁性、熱伝導性、耐食性、
耐熱衝撃性、潤滑性等の優れた特性を有する一方、機械
加工の容易な数少ないセラミックスである。このため上
記緒特性が要求される金属熔融用の各種容器をはじめ、
電気絶縁材料、高温伝熱材料等に広く利用されている。

ＢＮ焼結体は、ＢＮが難焼結性であるので一般にはホッ
トプレス（加圧焼結）法によって作られている。それは
、１５００〜２３００℃にて１００ｋｇ／、ｆｆｌを超
える圧力をかけて実施するものであるため、大型形状品
は得られず、また複雑形状品の製法には適さない等の問
題がある。しかも、現在市販されているＢＮ成形体は、
−旦、円柱状にホットプレスされた焼結体を機械加工し
て最終製品形状に仕上げる方法がとられているので高価
格である。

以上のような問題を解決するため各種の常圧焼結法が試
みられているが、現在までのところ、ＢＮの特性を発揮
できるＢＮ焼結体は得られていない。例えば、特開昭６
１−１３２５６３号公報では、高圧でラバープレス成形
し得られた予備成形体を黒鉛モールドに挿入して自由膨
張を制限する下での焼結が試みられているが、密度・強
度が低い上、生産能率が悪く、大型形状品が得られない
問題がある。そのため、電気絶縁性、熱伝導性、耐食性
、耐熱衝撃性等のＢＮ本来の優れた特性を有し、安価に
、容易にかつ効率良く製造できる常圧焼結ＢＮ成形体の
提供が望まれていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉本発明は、ＢＮ焼結体の形状制約と生産性を改善し従来
得られなかった高密度、高強度でかつ熱伝導性、電気絶
縁性の良好な常圧焼結ＢＮ成形体を提供することを目的
とするものである。

く問題点を解決するための手段〉すなわち、本発明は、アルカリ土類金属硼酸塩を２〜４
０重量％含有してなり相対密度が６５％以上であること
を特徴とする常圧焼結ＢＮ成形体である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明で用いるＢＮ粉末は、市販品で良いが望ましくは
、結晶性の高い六方晶のＢＮ粉末である。

この粉末は予備成形時の可塑変形性に優れているため高
密度の予備成形体が得られ易い。アルカリ土類金属硼酸
塩のアルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシ
ウム、ストロンチウム、バリウムの１種以上を任意に選
択する。

本発明の成形体は、以上のＢＮ粉末とアルカリ土類金属
硼酸塩とを最終製品組成になるように混合された混合粉
末を５ｔｏｎ／ｃ＋＋！以上の圧力にて成形した後焼成
する方法、及び比表面積を入手したそれの２倍以上にな
るまで微粉砕してなるＢＮ粉末にアルカリ土類金属硼酸
塩を混合するが又はＢＮとアルカリ土類金属硼酸塩との
混合物を比表面積が元の２倍以上になるまで破断、せん
断、磨砕等の粉砕をした後２ｔｏｎ／ｃＡ以上の圧力で
成形した後焼成する方法によって製造することができる
。

成形装置としては、金型成形機、冷間等方圧成形機（Ｃ
Ｉ　Ｐ）等の通常の成形機を用いることができる。結晶
性の高い六方晶のＢＮ粉末あるいは非晶質のＢＮ粉末を
そのまま用いる時の成形圧力は、５ｔｏｎ／ｃｎ＋以上
好ましくは７ｔｏｎ／ｃＪ以上である。

５ｔｏｎ／ｃＪ未溝の成形圧力では、相対密度６５％以
上の常圧焼結ＢＮ成形体を得ることが困難となる。

一方、微粉砕したＢＮ粉末あるいは入手した原料を混合
して微粉砕した粉末を用いる時の成形圧力は、２　ｔｏ
ｎ／ｃＪ以上で上記と同様の効果が得られる。

この時の粉砕装置としては、ボールミル、振動ボールミ
ル、アトライター、ライカイ機等の通常の粉砕機を用い
ることができる。なお、粉砕は、元の粉末の比表面積の
２倍以上好ましくは１０倍以上になるまで−行う。２倍
未満の粉砕では相対密度６５％以上の常圧焼結ＢＮ成形
体を得ることが困難となる。

粉砕を行う場合、それを酸化雰囲気で行うと硼素酸化物
の生成がみられ、そのまま焼成すると焼結体中に遊離の
酸化硼素が存在する状態となり耐湿性及び熱伝導率の低
下をきたすばかりでなく、焼結体にクランクが発生する
。この場合、生成した硼素酸化物を除去する処理を行う
ことにより本発明品を得る原料として使用できる。硼素
酸化物を除去する方法としては、メタノール、エタノー
ル、グリセリン等のアルコール類による処理である。具
体的には、アルコールを含んだスラリーの加熱あるいは
アルコールによる洗浄・濾過である。

粉砕を硼素酸化物が生成しないような例えばＮ２゜Ａｒ
等の非酸化性雰囲気で行えば上記の硼素酸化物を除去す
る工夫は必ずしも必要でない。

上記した方法により粉砕を行ったものは、高圧成形をす
ることなく相対密度６５％以上の常圧焼結ＢＮ成形体を
得ることができる。これは、結晶の格子不整及び部分的
な非晶質化が進むと同時に新たに形成された粒子面が現
われ所謂メカノケミカル効果により活性化された粉末と
なったためと考えられる。高強度の常圧焼結ＢＮ成形体
を得るには、成形圧力を高くして予備成形体密度をでき
るだけ高くすることが望ましい。

焼成は、１４００〜２１００℃の非酸化性雰囲気で行う
。焼成温度が１４００℃未満では、ＢＮ粒同志及びＢＮ
粒とアルカリ土類金属硼酸塩が直接結合しにくいので高
強度の常圧焼結ＢＮ成形体が得られない。一方、２１０
０℃を超えるとアルカリ土類金属硼酸塩が熱分解・蒸発
を起し本来の添加剤としての作用を失う。望ましくは、
特に高強度の常圧焼結ＢＮ成形体が得られる１６００〜
２１００℃での非酸化性雰囲気である。非酸化性雰囲気
としてはＨｅ、　Ａｒ、　Ｎ２等の不活性雰囲気が適当
である。焼成装置としては、タンマン炉、抵抗加熱炉、
高周波炉等が用いられる。

以上のようにして製造された本発明の常圧焼結ＢＮ成形
体は、ＢＮ９８〜６０重量％、アルカリ土類金属硼酸塩
２〜４０重量％を含有する。特に高度の電気絶縁性、熱
伝導性が要求される場合には、ＢＮ９Ｂ〜８０重量％、
アルカリ土類金属硼酸塩２〜２０重量％が好ましい。ア
ルカリ土類金属硼酸塩の含有量が２重量％未満であると
、高密度、高強度の焼結体とはならない。一方、４０重
量％を超えると、熱伝導性、電気絶縁性等のＢＮの優れ
た特性が著しく低下する。特に成形体の使用温度が上昇
するとこの傾向は一層激しくなる。

また、以上のようにして製造された本発明の常圧焼結Ｂ
Ｎ成形体の焼結体密度は、相対密度で６５％以上となる
。相対密度が６５％未満では気孔が多く緻密でないため
、曲げ強さ及び熱伝導性が向上せず、ブレークリング、
放熱板等の用途には適さない。

〈実施例〉以下本発明を実施例並びに比較例をもってさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

実施炎上市販のＢＮ粉末（六方晶、純度９９．０％、比表面積６
ｒＪ／ｇ）８５重量部にＣａＯ’　８２０３１５重量部
を添加した後ボールミルにて混合し、成形用混合粉末を
得た。次にこの混合粉末を５ｔｏｎ／ｃＪの圧力で冷間
等方圧成形した。得られた予備成形体を前記ＢＮ粉末の
入った黒鉛容器中に埋め込み高周波炉にて１９００°Ｃ
１６０分間、Ａｒ雰囲気下で焼成した。得られたＢＮ焼
結体の組成、相対密度、絶縁抵抗、熱伝導率の測定結果
を表に示す。

爽絡桝叢実施例１で得た成形用混合粉末を用い成形圧力を７ｔｏ
ｎ／ｃＪとしたこと以外は実施例１と同様の方法にて実
施した。

実施■盈実施例１で用いたＢＮ粉末９０重量部にＭｇＯ・Ｃａ０
・２８Ｚ０３１０重量部を添加・混合して成形用混合粉
末を得た。この粉末を用い、焼成温度を１７００℃とし
たこと以外は、実施例１と同様の方法により実施した。

失衡燃↓ 硼酸とメラミンとを１＝１の重量比率で混合しアンモニ
アガス気流中にて１２００℃、４時間、加熱処理してＢ
Ｎ純度９０％、比表面積５０ボ／ｇのＢＮ粉末を得た。

この粉末をＸ線回折した結果、非晶質ＢＮであることが
判った。この粉末９０重量部に２　ＣａＯ−１３ｚＯ＋
　１０重量部添加した後ボールミルにて混合し成形用混
合粉末を得た。この混合粉末を用い、成形圧力を７　ｔ
ｏｎ／−及び焼成温度を１７００℃としたこと以外は実
施例１と同様の方法にて実施した。

実施炎上実施例１で用いたＢＮ粉末をライカイ機で比表面積が６
０ｍ／ｇになるまで大気中にて粉砕した後、メタノール
で洗浄乾燥しＢＮ微粉末を得た。

比表面積は、ＢＥＴ法にて測定した。この粉末９５重量
部にＣａＯ・Ｂ２０．ｌを５重量部を添加した後ボール
ミルにて混合し成形用混合粉末を得た。次に該混合粉末
を金型に充填し２ｔｏｎ／ｃＪの圧力で一軸加圧成形し
た。この予備成形体を用いたこと以外は実施例１と同様
の方法にて実施した。

ス、ｌＬ戊実施例５で得たＢＮ微粉末８０重量部にＣａＯ・Ｂａ０
　　・２Ｂ２０３２０重量部を添加・混合して成形用混
合粉末を得た。この混合粉末を用いたこと以外は実施例
１と同様の方法にて実施した。

実施例１実施例１で用いたＢＮ粉末をアトライターで比表面積が
７Ｏｎｆ／ｇになるまでＮ２雰囲気下にて粉砕しＢＮ微
粉末を得た。この粉末を用いたこと以外は、実施例５と
同様の方法にて実施した。

実施例ｌ実施例１で用いたＢＮ粉末８５重量部にＣａＯ・ＢｚＯ
３１５重量部を添加した後、ライカイ機で比表面積が６
０ｎ？／ｇになるまで大気中にて粉砕した後、メタノー
ルで洗浄乾燥し成形用混合粉末を得た。この混合粉末を
用いたこと以外は、実施例５と同様の方法にて実施した
。

実施例ｌ実施例８で得た成形用混合粉末を用いたこと以外は実施
例１と同様の方法にて実施した。

実１１引１０実施例１で用いたＢＮ粉末８０重量部にＭｇＯ・Ｃａ０
・２ＢｚＯ３２０重量部を添加した後、アトライターで
比表面積が７Ｏｎ？／ｇになるまでＮ２雰囲気下にて粉
砕し成形用混合粉末を得た。この混合粉末を用い、焼成
温度を１６００℃としたこと以外は１．実施例５と同様
の方法にて実施した。

ル較桝上実施例１で用いたＢＮ粉末をそのまま成形用の粉末とし
て用いたこと以外は実施例１と同様の方法により実施し
た。

北較孤嬰実施例３で得た成形用混合粉末を用い、成形圧力を２　
ｔｏｎ／ｃｆｌ！としたこと以外は実施例１と同様の方
法にて実施した。

北較炎１実施例１で用いたＢＮ粉末９５重量部に８２０３を５重
量部添加した後ボールミルで混合し成形用混合粉末を得
た。この混合粉末を用いたこと以外は実施例５と同様の
方法にて実施した。

此１ｕ辻支実施例１で用いたＢＮ粉末５５重量部にＣａＯ・２８２
０３を４５重量部添加した後ボールミルで混合し成形用
混合粉末を得た。この混合粉末を用いたこと以外は実施
例１と同様の方法により実施した。

尚、表に記載したＢＮ焼結体の物性測定は次の方法によ
り行った。

（１）　　相対密度；焼結体の寸法より体積を求めその
重量より密度を求めた後、相対密度（％）−密度（ｇ／
ｃ艷）／理論密度（ｇ／ｃｄ）　ｘ　１００で算出した
。

（２）常温曲げ強さ、　ＪＩＳ　Ｒ−１６０１に準拠し
て測定した。

（３）絶縁抵抗；得られた焼結体を外径２０ｆｌ厚み１
韮の形状に加工し、加工後及び（Ｎｔ＋４）　２ｓＯａ
ｍ液の入ったデシケータ中に２４ｈｒ保存・吸湿後の絶
縁抵抗（Ω）を測定した。

（４）熱伝導率；レーザーフラッシュ法による。

〈発明の効果〉本発明の常圧焼結ＢＮ成形体は、電気絶縁性、熱伝導性
、耐食性、耐熱衝撃性等のＢＮの持つ優れた特性を有し
、形状制約を受けることがない。

特許出願人　電気化学工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

１．アルカリ土類金属硼酸塩を２〜４０重量％含有して
なり相対密度が６５％以上であることを特徴とする常圧
焼結窒化硼素成形体。