JPH0372940A

JPH0372940A - 立方晶窒化ほう素の製造法

Info

Publication number: JPH0372940A
Application number: JP1209843A
Authority: JP
Inventors: Tadao Sato; 佐藤　忠夫
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material
Current assignee: National Institute for Research in Inorganic Material
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1989-08-14
Publication date: 1991-03-28
Also published as: JPH0478335B2

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）本発明は立方晶窒化ほう素（ｃ　Ｂ　Ｎ）の製造法に係
り、より詳しくは、菱面体晶窒化ほう素（ｒＢＮ）に高
圧を加えて立方晶窒化ほう素を製造する方法に関する。

（従来の技術）窒化ほう素（ＢＮ）の高圧相である立方晶窒化ほう素（
ｃＢＮ）は、ダイヤモンドに次いで高い硬度、熱伝導度
をもち、熱的、化学的にも極めて安定な物質である。特
に高温の鉄族元素に対する耐食性がダイヤモンドに優る
ため、鉄系素材の高精度、高能率の研磨、切削工具用材
料として用いられてきたが、近年、その焼結体は、高集
積度、大出力化の著しい電子素子の高性能放熱基板とし
て実用化の期待が高まっている。

ところで、立方晶窒化ほう素（ｃＢＮ）は、通常、ＢＮ
の低圧相である六方晶Ｂ　Ｎ（ｈ　Ｂ　Ｎ）を高温高圧
処理することにより得られるが、そのままでは極めて高
い温度圧力条件を必要とするため、工業的には、条件を
緩和するため、触媒が用いられている。このような触媒
を用いて工業的に得られる立方晶窒化ほうＪ＄（ｃＢＮ
）は比較的大粒の結晶粒であるので、そのまま砥粒とし
て、或いは焼結して切削工具として用いられるが、後者
の場合、ＣＢＮは単独では焼結し難いので、金属、セラ
ミックス等を結合剤として用いる必要がある。

従来、このようにして製造される立方晶窒化ほう１（ｃ
ＢＮ）には、触媒の取り込みがあり、また焼結体には結
合剤が存在するため、ｃＢＮＢ来の硬度１強度、熱伝導
度等の優れた性能が充分発揮できないという問題があっ
た。

そこで１本発明者等は、先に、極微量のほう窒化物触媒
を含浸した六方晶Ｂ　Ｎ（ｈ　Ｂ　Ｎ）を高温高圧処理
する反応焼結法により、ｃＢＮＢ間の直接結合によるほ
ぼ純粋なｃＢＮＢ結体を得る方法を開発しく特許第１，
２９４，８０９号、１，３０３゜６７８号）、結合剤の
存在の問題を解決した。しかし、なお微量残存する触媒
の影響の問題があった。

このような事情から、六方晶Ｂ　Ｎ（ｈ　Ｂ　Ｎ）の無
触媒直接転換、特に、転換と同時にｃＢＮＢ結体を得る
反応焼結の試みがなされてきた。しかし、この場合、前
記のように市販のｈＢＮをそのまま用いて無触媒でｃＢ
Ｎに転換するには、極めて高い温度圧力を必要とし、強
固な焼結体が得にくい等の困難性がある。そこで、原料
のｈＢＮに減圧焼成等の予備処理を施して活性化したり
（特開昭５５−１６７１１０号参照）、気相法で特殊な
条件下で特殊なｈＢＮを合成して用いる等により、転換
の温度圧力条件を緩和する試みがなされている。

（発明が解決しようとする課題）一方、本発明者は、先に、窒化ほう素（Ｂ　Ｎ）のもう
１つの低圧相である菱面体晶窒化ほう素（ｒＢＮ）が立
方晶窒化ほう素（ｃ　Ｂ　Ｎ）と結晶構造上の対応関係
にあることに着目し、ｒＢＮに衝撃圧を加えることによ
り、直接ｃＢＮに転換することに成功した（特許第１，
２９０，６４９号）。しかし、この方法は、ｒＢＮに多
量の圧力媒体を混合するため、金属の汚染があり、更に
は衝撃圧は接続時間がマイクロ秒程度と極めて短いため
、微粒子のｃＢＮしか得られない等の問題があった。

本発明は、上述の菱面体晶窒化ほう素（ｒＢＮ）の高圧
下での転換による立方晶窒化ほう素（ｃＢＮ）の製造法
における問題点を解決し、無触媒で高純度のｃＢＮＢ末
又は高密度焼結体を得る方法を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段）前記問題点に鑑みて、本発明者は、高温下で長時間加圧
することによって解決する方策について研究した結果、
実験に必要なｒＢＨの合成杭を確立でき、これに基づい
てｃＢＮへの転換実験を重ねた結果、静的高温高圧下で
ｒＢＮを処理することにより、無触媒でｃＢＮに転換で
きる条件を見い出し、ここに本発明を完成したものであ
る。

すなわち１本発明は、菱面体晶窒化ほう素に高圧を加え
て立方晶窒化ほう素に転換するに際し、圧力が５ＧＰａ
以上の静的高圧であり、加圧時の温度が１５００℃以上
の高温である条件にて処理することを特徴とする立方晶
窒化ほう素の製造法を要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）本発明法は、菱面体晶窒化ほう素（ｒＢＮ）と立方晶窒
化ほう素（ｃ　Ｂ　Ｎ）とが結晶構造上の対応関係にあ
ることを利用して、ｒＢＮに静的高温高圧力を加えるこ
とにより、容易にｃＢＮに転換するｃＢＮの合成杭であ
る。

特に、原料に特殊な前処理を施す等の煩雑な工程がなく
、例えば、固体原料を常圧下で加熱する、といったよう
な簡易な方法で得られるｒＢＮを原料とし５例えば１８
００℃、６Ｇｐａといった通常のｃＢＮ合或に用いる高
温高圧条件で、無触媒でｃＢＮを合成でき、ｃＢＮの高
純度粉末及び高密度焼結体を得ることができる。

原料の菱面体晶窒化ほう素（ｒ　Ｂ　Ｎ）としては、で
きるだけ純粋で結晶性のよいものが好ましく、例えば、
以下の方法で得られるものを用いる。

■ほう水素化ナトリウム等のほう水素化物と塩化アンモ
ニウム等のアンモニウム塩とを加熱し、又は反応途中で
シアン化物を加えて加熱する方法（特願昭５９−１９０
９６７号、「無機材質研究所研究報告」第４６号第１１
章参照）。

■ほう素酸化物を加熱気化し、シアンを含むガスで還元
する方法（特許第１，２９０，６４８号）。

■酸化ほう素、ほう酸又はほう酸塩をシアン化合物で還
元する方法。

原料のｒＢＮはｒＢＮの含有率、ＢＮとしての純度が高
く、結晶性の良いものほど、ｃＢＮへの転換率が高く、
高品質のｃＢＮ焼結体が得られる。

この点、前記■の方法によると、ＢＮとしての純度が９
９％以上で、ｒＢＨの含有率が９０％以上。

平均結晶粒径数百ナノメータのものが容易に得られ、ま
た、通常のｈＢＮが幅と厚みの比が１０対１以上の薄板
状の結晶子からなるのに対し、このｒＢＨの結晶子は１
例えばその比が３対１と小さいため、充填し易く配向性
がないなどの点で優れている。前記■の方法はホイスカ
ーとしてｒＢＮの含有率の高い原料が得られるが収量が
少ない。

この点、前記■の方法で得られるものは多量のｈＢＮと
の混合物であるが、合成法が簡便である点で優れている
。

合成した菱面体晶窒化ほう素（ｒＢＮ）は、そのままで
は出発物質の残存や水洗時の水和等がある場合があるの
で、窒素ガス中で２１００”Ｃに加熱する等、高純度化
処理して用いるのが好ましく、特に、高品質のｃＢＮの
焼結体を得ようとする場合には必要である。

菱面体晶窒化ほう素（ｒＢＮ）に対する高温高圧処理の
条件は、１５００℃以上、５ＧＰａ以上のｃＢＮの熱力
学的安定域の温度と圧力が必要であり、好ましくは５．
５ＧＰａ以上、１６００’Ｃ以上。

更に好ましくは６．０ＧＰａ以上、１８００℃以上であ
り、圧力、温度が高いほどｃＢＮへの転換率が高く、ま
た高密度の焼結体が得られる。

なお、高圧装置は、上記の温度圧力を発生できるもので
あればよく１例えば、黒鉛発熱体を備えたベルト型装置
が使用できる。ｒＢＮ原料の高圧装置への充填は、粉末
のままでもよいが、冷間成型又は焼結した方が、潰れ代
が少なく、また、発熱体や圧力媒体からの汚染があるの
で、ｒＢＮ原料をタンタルフォイル等で被って充填する
のが好ましい。

高温高圧処理は、通常の手順に従って、加圧昇温し保持
した後、温度圧力の順に下げて試料を取り出す。

かくして得られる加圧試料は、白色或いは淡褐色の粉末
若しくは焼結体、又は透光性の高密度焼結体であり、Ｘ
線回折法によれば、１００％ｃＢＮ又は一部非晶質化し
た原料とｃＢＮとの混合物である。

（実施例）次に本発明の実施例を示す。

失嵐斑上ほう窒化ナトリウムと塩化アンモニウムとを混合し、窒
素気流中で６００℃に加熱した後、−旦冷却してシアン
化カリウムを加え、再び１０３０℃に２４時間加熱して
冷却、水洗することにより、平均結晶粒径２５０ｎｍの
ｒＢＮを主成分とする粉末を得、更にこれを窒素気流中
でモリブデン発熱体を用いて２１００℃に３時間加熱し
て、ｒＢＮの含有率９５％以上で分析精度内で１００％
のＢＮからなる出発物質を得た（第１図、第２図参照）
。

次いで、これを冷間プレスして直径６＋ｍ＋、厚さ２ｍ
＋ｉの円盤状に成型し、タンクルフォイルで囲って高圧
装置に充填し、１８００’Ｃ５６ＧＰａの温度圧力で３
０分間保持した後、冷却減圧して試料を取り出した。

得られた試料は、乳白色透光性の焼結体であり。

Ｘ線回折の結果、１００％ｃＢＮであることが確認され
（第３図参照）、またアルキメデス法による堤測定の結果、はぼ理論密度（３，４８）をもち、脅度測
定の結果、　６０００ｋｇ／ａｍ”以上の高い値をもっ
ことが確認された。

失嵐亘又実施例１と同様のシステムで６．０ＧＰａ、１８００℃
で処理したところ、淡褐色を帯びた１００％ｃＢＮの焼
結体を得た。

失１０４生実施例１と同様のシステムで５．５ＧＰａ、１６００℃
で処理したところ、一部非晶質化した原料とｃＢＮが混
在するＢＮ塊を得た。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、菱面体晶窒化ほ
う素（ｒ　Ｂ　Ｎ）と立方晶窒化ほう素（ｃＢＮ）の結
晶構造上の対応関係を利用するため、六方晶ＢＮ（ｈＢ
Ｎ）を用いる場合のような特殊な前処理を施すことなく
、無触媒でｃＢＮに転換でき、高純度ｃＢＮが得られる
ばかりでなく、ｃＢＮｌｉ密焼結体が得られる。したが
って、例えば、半導体の放熱基板に好適である。

また、出発原料のｒＢＮは常圧下での反応で合成できる
ので、従来法に比べて、原料の合成、制御が容易となる
。

【図面の簡単な説明】

第を図は実施例で用いた出発原料ｒＢＮのＸ線回折図、第２図は実施例で用いた出発原料ｒＢＮの粒子構造につ
いてのＳＥＭ像を示す図、第３図は実施例で得られたｃＢＮ焼結体のＸＩＩＸ回折
図である。第１図第３図２θ（“、ＣＩＪへ）第２図２ｅ　（”、ＣｕＫα）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　菱面体晶窒化ほう素に高圧を加えて立方晶窒化
ほう素に転換するに際し、圧力が５ＧＰａ以上の静的高
圧であり、加圧時の温度が１５００℃以上の高温である
条件にて処理することを特徴とする立方晶窒化ほう素の
製造法。
（２）　得られる立方晶窒化ほう素の形態が緻密焼結体
である請求項１に記載の方法。
（３）　菱面体晶窒化ほう素原料が、菱面体晶窒化ほう
素を９０％以上含有し、その平均結晶粒径が１０ｎｍ以
上のものである請求項１又は２に記載の方法。
（４）　菱面体晶窒化ほう素原料が、ほう水素化物とハ
ロゲン化アンモニウムとを加熱反応させて得られたもの
、又はこれにシアン化物を作用させて得られたもののい
ずれかである請求項３に記載の方法。