JPH0359002B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、非晶質窒化ホウ素であつて、耐熱
性、耐蝕性、熱衝撃抵抗性などの特徴を生かし
て、溶融塩や腐食性ガスに対する保護膜あるいは
高温用覗き窓、高温腐食性雰囲気で使用するルツ
ボ、ノズルなどの理化学器具、高温電気絶縁材料
や半導体関連材料として電気、電子工学用途、
板、管、フエルト状やフアイバー状として高温断
熱材用途、さらに光学材料にコーテイングするこ
とによつて屈折率を変化させたり、反射を抑えた
りすることや、透明性を生かしてＸ線リソグラフ
イー用マスク支持材料として用いられる。 従来の技術 窒化ホウ素は、耐熱性、化学的安定性、耐熱衝
撃性、電気絶縁性などに極めて優れているため、
電気絶縁材、固体潤滑材、ルツボ等の工業材料用
に多用されている。特に化学気相析出法により製
造された窒化ホウ素は高品質のため非常に高価で
あるにもかかわらず、化学実験用ルツボや半導体
もしくは特殊合金製造用ルツボとしての用途が拡
大している。 一般に市販されている常圧合成により得る窒化
ホウ素は白色不透明である。気相析出法により得
る窒化ホウ素も、比較的高温で合成されるものは
白色不透明であるが、比較的低温で得るものは透
明性を有し、Ｘ線回折的には非晶質である。この
透明で非晶質の窒化ホウ素が、その応用面で将来
大いに期待されている。 発明が解決しようとする問題点 上記透明で非晶質の窒化ホウ素は耐湿性に欠
け、例えば大気中もしくは水中に放置すると白濁
して透明性を失い、さらにはクラツクが発生して
小片に崩壊するという欠点を有している。 問題点を解決するための手段 本発明は、気相析出法で合成した非晶質の窒化
ホウ素が本来有する透明性を損うことなく、安定
性の悪さを改善することを目的としてなされたも
ので、気相析出法によつて合成された気相析出法
によつて合成された窒化ホウ素組成物であつて、
非晶質の窒化ホウ素を0.05重量％以上10重量％未
満の割合で含有することを特徴とする耐湿性にす
ぐれた透明性非晶質窒化ホウ素組成物を要旨とす
るものである。 本発明の窒化ホウ素組成物の性質を列記すると
下記のとおりである。 安定性にすぐれている。例えば蒸留水中で１
時間煮沸処理をした後にも５％以下しか重量減
少しないようなすぐれた耐湿性を有する。 すぐれた透明性を有する。例えば厚み約0.7
mmの試料を文字の上に置いたとき、その文字が
はつきりと読みとれる程のすぐれた透明性を有
する。 本発明の窒化ホウ素組成物中のBNとSi₃N₄
は共に非晶質である。すなわち、本発明の材料
のＸ線回折（XRD）パターンにはBNおよび
Si₃N₄のいずれの結晶ピークも認められない。
（図のXRDパターン(A)参照） 密度は1.50〜2.10ｇ／cm³の範囲にある。 本発明材料中のBNの硬度が低いためにすぐ
れた加工性を有する。 本発明において、窒化ケイ素の量が10重量％以
上であると、窒化ホウ素が本来持つている加工性
の良さを損なうため不適当である。当然のことだ
が、加工性の良さの点からは、窒化ケイ素の量は
少ない程良いことはいうまでもない。また、窒化
ケイ素の量が0.05重量％未満であると所期の目的
を達成することができない。通常、窒化ケイ素の
好ましい含有量は５重量％以上10重量％未満であ
る。 つぎに本発明の窒化ホウ素組成物の製造法の一
例について述べる。 合成原料としては、例えば、次の如きものを用
いる。ホウ素源化合物としてはBCl₃などのハロ
ゲン化物、B₂H₆などの水素化合物、B₃N₃H₆（ボ
ラジン）やB₃N₃H₃Cl₃（Ｂ−trichloroborazole）
などの含窒素ホウ素化合物が、窒素源化合物とし
ては、N₂、NH₃などを用いる。また、ケイ素源
化合物としては、SiCl₄、SiH₄などを用いる。液
体原料の場合にはH₂などのキヤリアガスによる
バブリング方式で気化させる。 反応はキヤリアガスとしてH₂、Arなどを流
し、通常減圧炉中で行なう。また、温度は1000〜
1700℃好ましくは1300〜1500℃であり、基板板を
この温度に加熱する。圧力は５〜200Torr、好ま
しくは20〜60Torrである。 基板としては、グラフアイト、石英、シリコ
ン、ニツケル、モリブデンなどが用いられる。 本発明においては、上記のような化学気相析出
法が最も好ましい製造法であるが、各種の気相析
出法は全て適用可能である。スパツターやイオン
プレーテイング法を含むいわゆる物理的気相析出
法、プラズマ等を応用した各種化学気相析出法な
ど気相系から固体を製造する方法は適宜選定し使
用できる。 本発明の窒化ホウ素組成物はその用途に応じて
種々の形態を適宜にとり得る。すなわち、膜状、
板状、成形物、粉体、超微粉などいずれも可能で
ある。例えば、ルツボ等の成形物を直接析出法で
作ることも可能であるし、金属、ガラス、セラミ
ツクスの表面に保護膜としてコーテイングするこ
ともできる。また、粉体を合成し、これを焼結し
て成形体とすることも可能である。 実施例 つぎに実施例並びに比較例について述べる。 なお、これらの実施例並びに比較例において得
られた材料は、いずれも前記本発明の窒化ホウ素
組成物の性質に相当する透明性の材料であつ
た。 実施例 １ BCl₃、NH₃およびSiCl₄を原料とし、H₂をキヤ
リアガスとして充分清浄な化学気相析出用減圧炉
に導入した。それぞれのガス流量は次のとおりで
あつた。 BCl₃ 105ml／min NH₃ 90ml／min SiCl₄ 35ml／min H₂ 675ml／min なおSiCl₄はキヤリアガスをバブリングする方
法で気化させた。これらのガスを減圧炉内中央部
に設けた、1400℃に加熱した黒鉛基板面に吹きつ
けた。真空排気系の圧力調整コツクの開閉を調節
して炉内圧力を約30Torrに保持した。 以上の条件で約３時間析出さてた後、ガス導入
と基板加熱をやめ、炉内を真空排気、冷却した。 冷却完了後表面に析出物が付着している黒鉛基
板を取り出し、析出物を基板からはがし、切断研
磨して８mm×20mm×0.7mmの板状試料(A)を得た。
この試料は８重量％のSi₃N₄を含む窒化ホウ素組
成物であつた。 比較例 １ SiCl₄を全く添加しなかつた以外は上記実施例
１と同一の条件で、窒化ホウ素板状試料(C)を析出
させた。 上記実施例１によつて得た試料(A)と比較例１に
よつて得た試料(C)について、密度、Si₃N₄含有
量、Ｘ線回折、耐湿性について測定した結果を第
１表に示す。ただし耐湿性は、上記板状試料を蒸
留水中に投入し、１時間煮沸し、そしてその前後
の重量変化を測定することによつて判断した。第
１表から明らかなように実施例１のサンプルより
も、比較例１のサンプルは著しく大きな重量減少
を示した。図のＡおよびＣは、上記試料(A)および
(C)を粉砕した粉末のXRDパターンである。六方
晶窒化ホウ素、α−Si₃N₄、β−Si₃N₄のいずれ
のピークも認められず非晶質であることがわか
る。 また、上記耐湿性試験において、(A)は形はくず
れないが、(C)は著しく水と反応し、形がくずれて
多数の小片に崩壊してしまつた。これらのことか
ら、少量の非晶質Si₃N₄を含む非晶質BNは耐湿
性が著しく向上していることが判る。 実施例 ２ 原料ガス流量 BCl₃ 110ml／min NH₃ 90ml／min SiCl₄ 30ml／min H₂ 675ml／min とした以外は、実施例１と同様な条件で約３時間
試料を析出させた後、ガスを止め、H₂ガスだけ
流して、３時間、1200℃で加熱を続けた。その
後、炉内を真空排気、冷却した。そして、実施例
１と同様にして板状試料(B)を得た。この試料(B)は
６重量％のSi₃N₄を含む窒化ホウ素組成物であつ
た。この試料(B)についての密度、Si₃N₄含有量、
Ｘ線回折、耐湿性について得た結果を第１表に示
した。実施例と同じ程度のSi₃N₄含有量を有して
いるにもかかわらず、試料析出直後の熱処理によ
つて実施例１よりも安定性が増していることがわ
かる。 発明の効果 上記各実施例並びに比較例における試験結果を
第１表に示す。

【表】 本発明材料は、非晶質窒化ホウ素のもつ本来の
耐熱性、化学的安定性、耐熱衝撃性、電気絶縁性
などの特性は何等損なうことなく、上記試験結果
が示すように耐湿性においてすぐれた材料であ
り、安定性のすぐれたものである。

【図面の簡単な説明】

図は実施例１の試料(A)と比較例１の試料(C)の粉
末Ｘ線回折図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気相析出法によつて合成された窒化ホウ素組
   成物であつて、非晶質の窒化ケイ素を0.05重量％
   以上10重量％未満の割合で含有することを特徴と
   する耐湿性にすぐれた透明性非晶質窒化ホウ素組
   成物。