JPH01203205A

JPH01203205A - 窒化硼素粉末の製造法

Info

Publication number: JPH01203205A
Application number: JP2579388A
Authority: JP
Inventors: Yasunoshin Fukuma; 福間　康之臣
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-16

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）不発明は、窒化硼素の渠造方法に関するものである。窒
化硼素は熱伝導性、電気絶縁性、耐熱性。

耐食性に優れ、また、黒鉛と同様の六方晶の層状構造で
あるため、潤滑性にも優れる等多種の特性を有している
。これらの特性を生かし、高温の潤滑剤、電気絶縁剤０
機械加工可能なセラミックスとして用いられ、今後場ら
に用途の拡大が期待されている材料である。

（従来の技術）従来、窒化硼素を製造する方法として、工業的に採用さ
れているのは１次の方法である。

（１）硼砂と尿素の混合物ｔアンモニア気流中で８００
Ｃ以上に加熱する方法（特公昭３８−１６１０）。

（２）硼酸またはは化鎖素と燐酸カルシウムを混合し、
アンモニア気流中で加熱する方法。

（３）硼酸とＮ素含有化会’ＩＩ（尿素、メラミン、ジ
シアンシアばド等）（ｉ−１６００Ｃ以上に加熱する方
法ＣＩ＃公昭４８−１４５５９）。

この他にも、　５ＩＪ１化砿索とアンモニアの気相合成
法、硼酸エステルとアンモニアの気相甘酸法。

あるいはＣａＢ・等の硼化物をｆ１１素の存在下加熱す
る方法等があるが、いずれも原料が特殊なものであシ、
製造コストが高く、特殊な用途に限定される。

ま九、上記（３）の方法の１６０００以上の高温を必要
とする点を改良し九方法として、特開昭６０−１５１２
０２号に開示された。硼酸とメラミンを有機溶媒中で反
応させ１反応生成物を６００Ｃ以上に加熱する方法や、
＊開昭６１−７２６０６号に開示され比、硼酸と窒素含
有化合物の混合物にＣａ化合物を添加し、２５０〜６０
０Ｃの温度範囲で窒素含有化合物を分解させ友後、８０
０〜１２００ＣＫ加熱する方法がある。

（発明が解決しようとする課題）上記（１）の方法は、原料中にナトリウムを含んでいる
ため、１１３００Ｃ以上にすると酸化ナトリウムの蒸発
が始ま）１反応炉の材質を湯める。１０００Ｃ以下では
一度水況してす）ＩＪウム分を除く必要がめり、このた
め工程が複雑になる。上記（２）の方法も同様に、添加
した燐酸カルシウムを洗浄除去する必要がある。ま九、
上記（３）の方法は、ａ述のように＾温が必要であシ、
設備コストおよび操業コストが者しく嵩む問題点がある
。この点を改良し７を特開昭６０−１５１２０２号に開
示され比重性では、硼酸が７０饅くらいしか反応せず、
硼酸収率が思い。ま九、ＩＱ囁くらいの−ｃ１１静液を
使用するため、原料の取ｐ扱い量が膨大さなる点。

反応生成物のスラリーからの分離、乾燥工程が必要とな
る点等、操作、工程が複雑となる問題点がある。特開昭
６１−７２６０６号に開示された方法では、製品中にＣ
ａが残る問題点がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされ次ものであシ、洗浄
等の複雑な工程を必要とせず、Ｎａ、Ｋ。

Ｌｉ、　Ｃａ、　Ｍｇ、　Ｂａ等のアルカリ金属および
アルカリ土類金属元素を含まない高純度の窒化硬素倉効
率よく製造できる方法を提供するものである。しかも１
本発明の窒化ａ累は、結晶サイズが小さく。

Ｌｃ　（結晶のＣ軸方向の厚み）が５０λ以下とほぼ非
晶質であり、焼結用粉末として好ましい特性を有してい
る。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、従来技術の欠点全補うため鋭意検討の結
果、＃１素を含有しないガスの任在下、ある菫素含有化
合物を硼酸と直接浴融状態で反応させることにより得ら
れる均一な固体の反応生成物をプレカーサーとして用い
ることによ〕、従来の方法より高純度の窒化硼素が得ら
れることを見い田し１本発明に至つ比。すなわち１本発
明は、硼素化合物および窒素含有化合物を出発物質とし
て窒化硼素を製造する方法において、酸素を含有しない
ガスの存在下、硼素ｆヒ合物と窒素含有化合物を溶融状
態で予め反応させ１次いで、当該反応生成物を粉砕し、
不活性ガスまたは還元性ガスの存在下８００〜１６００
Ｃに加熱すること全特徴とする窒化硼素粉末の製造法で
ある。

以下１本発明について詳しく説明する。

本発明で使用する硼素ｆヒ合物は、　ａｒＩＲ−ｔた＃
ｉ硼酸アンモニウムであシ、メタ硼酸等も含まれる。

窒素含有化合物はジシアンジアミド、尿素ま几は炭酸グ
アニジンが好適である。

これら硼素化合物と窒素含有化合物を反応させる条件と
して、酸素を含有しないガスの存在下で反応させること
が必須である。酸素を含有しないガスとは、具体的には
窒素、アンモニア、アルゴン、ヘリウム等のガスである
。酸素を含有するガス例えば空気中で、この反応を行な
うと、最終的に得られる窒化硼素の純度が悪くなる。

本発明の反応の場合、特に溶媒は必要としない。

単に両者を混合し、加熱し溶融状態で反応させればよい
。ただし１反応温度は２５０Ｃ以下にし々いと０反応生
成物（プレカーサー）の分解が起こ９、窒素源の損失に
なシ好ましくな（，８０Ｃ以下では反応の進行が遅く、
好適範囲は８０〜２５０Ｃである。

本発明の反応で、硼酸とジシアンジアミドの場合、上記
混合物を加熱溶融はぜるポイントは、加熱のしかたＫあ
る。この場合１反応Ｆｉ１２０Ｃ位から始まるが、同時
に硼酸の脱水も起こる。この時発生した水が触媒の働き
をすると考えられる。

したがって、上記混合物を低温でゆつ〈シ加熱すると、
水の蒸発が反応に優先して起こ）１反応が十分完結しな
い。特公昭４７−４３４４０号に示されるように、上記
混合物全乾燥の目的で長時間加熱する場合は、このこと
が起こり０反応が十分完結しない。反応の完結度が低い
と、後の焼成工程で窒化硼素の純度が悪くなる。反応を
十分完結きせるには、急速な加熱、攪拌が望ましい。こ
のため反応器として、熱伝達、混線が迅速にできるニー
ダ−、エクストルーダー等が好ましい。炭酸グアニジン
を窒素含有化合物として用いる場合。

触媒量の水の添加が反応を円滑に進める。尿素の場合は
、特に加熱速度、水の添加等にこだわる必要はない。

反応が完結すると、浴融状態でｂつ友該反応生成物は固
体九転比する。

かくして得られた反応生成物中の硼素原子と窒素原子の
含有比率は０反［６生成物中の硼素原子を雪化するに必
要最小限以上の窒素原子を含有することが望ましく、特
に合成後の焼成において、ヘリウム、アルゴン等の窒素
を含まない不活性ガスを用いる場合は、これが必須要件
である。

硼素原子に対して過剰の窒素原子の存在は、それが硼酸
と反応した窒素含有比合物であっても。

また、未反応の窒素含有比合物であっても、焼成による
窒化硼素の合成に除して１分解や昇華等によって放散、
除去きれる。この固体反応生成物は多孔質であシ、焼成
段階でガスとの接触は良好であるが、これをさらに良く
するため粉砕する。その場合、普通の粉砕機１例えば、
ロールミル、ハンマーミル、ボールミル等が使用できる
。

次に、この粉砕きれた反応生成物を焼成工程に付す。焼
成温度は８００〜１６００Ｃの範囲で行なわれる。これ
より低い温度では、窒化硼素の生成反応が十分に進行せ
ず、また、これ以上の高温は、装置の材質が問題とな、
す、コスト的に不利である。焼成はアルゴン、ヘリウム
、窒素などの不活性ガス、ま之はアンモニア、水素等の
還元性ガスもしくはこれらの混合ガスの雰囲気下で行な
われるが、経済性や安全性の面から、工業的には窒素も
しくはアンモニアを、単独ま友は混合ガスとして用いる
のが有利である。

（作用）本発明による窒化＆ＩＵ索の製造は、硼素化合物と窒素
含有化合＠を焼成に先たち反応場せることにより、硼素
原子と窒素原子の分散性を向上させる作用があり、これ
によシ焼成時、硼素の窒化反応がスムースに進み、高純
度の窒化硼素が比較的低温度で取得できる。

（発明の効果り本発明によシ、従来法で必要な況浄工程のない簡単な工
程で、しかも、比軟的低温でＮａ、　Ｃａ等をｔまない
高Ｉ４度の窒化硼素が製造でさ、工業上のＭ隣的利点は
大きい。

（実施例）実施例１２００−のガラス製コニカルビーカーに硼酸６．２２と
ジシアンジアミド８．４９′（＋−入れ、窒素気流下、
ホットプレート上で攪拌しながら加熱し九〇この時１反
応器度は１２０Ｃから１９０Ｃまで上昇し次。この間約
４５分であつ几。得られｔ多孔質の反応生成物を乳鉢で
粉砕し、数１０μの粒子とした。このようにして得られ
次反応生成物の粉末を、アルミナ製円筒を内装した電気
炉で、アンモニア気流中、１ｏｏｏに’で２時間焼成し
た。得られ念窒化硼素の純度は９８．５　％であり、Ｘ
線回折から、Ｌｃ（結晶のＣ軸方向の厚み）＝１４Ｘで
あった。

実施例２硼酸６．２ｔとジシアンジアミド４．２ｆｔ−用いる以
外は、実施例１と同様の操作で窒化硼素の粉末を得九〇
この窒ｆヒ硼素の純度は９８．０俤であり。

Ｌｃ＝１４Ａであつ几。

実施例３実施例１で合成した反応生成物の粉末を、アルミナ製円
ｍを内装した電気炉で、アンモニア気流中、ｔｓｏｏｃ
で２時間焼成した。得られ１１ヒ硼素の純度は９９．０
俤であり、Ｘ線回折から。

Ｌｃ＝１８λであった。

実施例４２００−のビーカーに硼酸６．２ｆと炭酸グアニジン１
２．４ｆ、水３ｆ金入れ、窒素気流下、ホットプレート
上で９ＤＣから１６０Ｃまで加熱し比。

この間約３０分で、終始攪拌した。得られた多孔質の反
応生成物を乳鉢で粉砕し、数１０μの粒子とし九〇この
ようにして得られた反応生成物の粉−末を、アルミナ製
円筒を内装した電気炉で、アンモニア気流中、ｔａｏｏ
ｃで２時間焼成し友。得られた窒化硼素の純度は９ａ、
ｏｌ：あシ、Ｘ線回折から、Ｌｃ＝１４ＸＴあつｅ。

実施例５２００　ｍノヒ−１−１ｕｌｌ酸６．２ｆと尿素６．２
ｆを入れ、窒素気流下、ホットプレート上で９０Ｃから
２１０Ｃまで加熱した。この間約１時間で。

終始攪拌した。得られた多孔質の反応生成物を乳鉢で粉
砕し、数１０μの粒子とした。このようにして得られた
反応生成物の粉末を、アルミナ製円筒を内装した電気炉
で、アンモニア気流中、１０００Ｃで２時間焼成した。

得られた窒化硼素の純度は９８．５９１でろｆｉ、　Ｘ
線回折から、ＬＣ＝１４Ｘであつ之。

実施例６実施例５で合成した反応生成物の粉末を、アルミナ製円
筒を内装しｔ電気炉で、アンモニア気流中　１５０ＤＣ
で２時間焼成し友。得られ友窒化硼素の純度は９８．８
チであシ、Ｘ線回折から、Ｌｃ＝１８Ｘであった。

実施例７２００ｄのビーカーに硼酸６．２２と尿素６．２　ｔ。

ジシアンジアミド６．２ｒｉ入れ、窒素気流下、ホット
プレート上で９０’Ｃから２１０［；−４で加熱した。

この間約１時間で、終始攪拌した。得られた多孔質の反
応生成物を乳鉢で粉砕し、数１０μの粒子とした。この
ようＫして得られ九反応生成物の粉末を、アルミナ製円
筒を内装しｆｃｉｔｔ気炉で。

アンモニア気流中、１００ＯＣで２時間焼成した。

得られ几窒化硼素の純度は９９．０チであｐ、Ｘ線回折
から、Ｌｃ＝１４ｉであった。

比較例１硼酸１０２とジシアンジアミド１５）をよく混合し、ア
ルミナ製円筒を内装し友電気炉で、アンモニア気流中、
１０００Ｃで２時間焼成した。得られ７を値化硼素の純
度は８１．２％であった。

比較例２硼酸１０２と炭酸グアニジン２Ｏｆｆよく混合し、アル
ミナ製円筒を内装した電気炉で、アンモニア気流中、１
０００Ｇで２時間焼成し比。得られた窒化硼素の純度は
７７．９　％であつ友。

ほか１名

Claims

【特許請求の範囲】

硼素化合物および窒素含有化合物を出発物質として窒化
硼素を製造する方法において、酸素を含有しないガスの
存在下、硼素化合物と窒素含有化合物を溶融状態で予め
反応させ、次いで、当該反応生成物を粉砕し、不活性ガ
スまたは還元性ガスの存在下８００〜１６００℃に加熱
することを特徴とする窒化硼素粉末の製造法。