JPH04349931A - 窒化ほう素の製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動的高圧力を利用して
低圧相窒化ほう素から高圧相窒化ほう素を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化ほう素は、優れた特性を有するセラ
ミックスの一つであり、新しい機能材料として広く使用
されるようになってきている。このうち、高圧相窒化ほ
う素である立方晶窒化ほう素は、ダイヤモンドと同程度
の硬度をもち、切削工具や研磨剤として用途拡大が期待
されているものであるが、六方晶窒化ほう素等の低圧相
窒化ほう素に静的高圧力あるいは動的高圧力を作用させ
て転移させることによって製造されている。

【０００３】静的高圧力を用いる方法では、アルカリ金
属やアルカリ土類金属の窒化物を触媒として六方晶窒化
ほう素から立方晶窒化ほう素が製造され、工業生産も行
われている。

【０００４】また、火薬類の爆発あるいは高速の飛翔体
の衝突等により発生する衝撃波にともなう動的高圧力を
利用して各種の低圧相窒化ほう素から立方晶窒化ほう素
を製造する方法も多数報告されているが、転換率や工業
的プロセスの面で問題が多い。これらの製造方法では、
一般に、衝撃圧力を高めるために原料の低圧相窒化ほう
素と金属粉末等のマトリックスを混合して衝撃圧縮して
いる。原料の低圧相窒化ほう素としては六方晶窒化ほう
素が最も一般的であるが、この場合には１回の衝撃圧縮
では立方晶窒化ほう素はほとんど生成せず、立方晶窒化
ほう素と六方晶窒化ほう素の中間相であるウルツ型窒化
ほう素が生成し、このウルツ型窒化ほう素を再度衝撃圧
縮するという作業を繰り返すことによって立方晶窒化ほ
う素がすこしずつ増えていき、衝撃圧縮を２〜３回繰り
返してようやくＸ線回折ピークが僅かに認められる程度
になる。従って原料から立方晶窒化ほう素への転換率を
充分に高くするにはかなりの回数の衝撃圧縮を繰り返す
必要があるため工業的な生産方法としては不適当であっ
た。

【０００５】この他に、原料としてアモルファス状窒化
ほう素や菱面体窒化ほう素を用いる方法も知られており
、この場合は１回の衝撃圧縮により立方晶窒化ほう素が
得られるが、原料として用いるアモルファス状窒化ほう
素や菱面体窒化ほう素が特殊な製造工程を必要とするた
め、原料の確保にも問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の動的
高圧力を利用した立方晶窒化ほう素の製造方法における
前記問題点を解決し、特殊な製造方法工程を要する原料
を必要とせず、かつ１回の衝撃圧縮のみで高転換率で立
方晶窒化ほう素を得ることができる製造方法を提供する
ことをその課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、低圧相窒
化ほう素から衝撃圧縮法により立方晶窒化ほう素を製造
する方法について鋭意検討した結果、マトリックスとし
て添加する粒子の形状が低圧相窒化ほう素から立方晶窒
化ほう素への転換率に大きな影響を与えることを見出し
、本発明を完成した。すなわち本発明は、低圧相窒化ほ
う素をマトリックス中に均一に分散させた混合物に動的
高圧力を作用させ、低圧相窒化ほう素を高圧相窒化ほう
素へと転移せしめるにあたり、該マトリックスとして球
状の粒子を使用することを特徴とする高圧相窒化ほう素
の製造方法である。

【０００８】本発明においては、原料の低圧相窒化ほう
素として、望ましくは粒子径が１００μｍ　以下で、粒
子形状が球形に近い六方晶窒化ほう素を使用する。六方
晶窒化ほう素の粒径が小さく、また、形状が球形に近い
方が立方晶窒化ほう素への転換率が向上する傾向がある
ので好ましい。中間相であるウルツ型窒化ほう素も使用
することができる。

【０００９】マトリックスは、圧力媒体として作用し、
衝撃圧縮力を増幅させる効果を有し、その材質としては
、銅、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト等の金属
類あるいはアルカリ金属やアルカリ土類金属の炭酸塩、
硫酸塩、水酸化物等の無機化合物類を使用することがで
きる。本発明の方法においては、このマトリックスとし
て、粒子径が約１０μｍ　〜５００μｍ　で、粒子形状
が球状、好ましくは真球に近いものを使用する。マトリ
ックスとして球状の粒子を使用することにより六方晶窒
化ほう素から立方晶窒化ほう素への転換率が大幅に向上
する理由としては、球状のマトリックス粒子が細密充填
されるとこれらの粒子に囲まれた試料が等方的に加圧さ
れ、良好な圧縮状態になるためと考えられる。

【００１０】本発明の方法においては、先ず、原料の六
方晶窒化ほう素の粉末とマトリックス成分の粉末とを、
望ましくは六方晶窒化ほう素５０〜２重量％に対しマト
リックス成分が５０〜９８重量％となるような割合で均
一に混合する。次にこの原料混合物を金属製の容器に充
填する。金属製容器の材質としては、真鍮、ステンレス
スチール、クロム鋼等を用いることができ、その形状は
円管状、ポックス状等任意の形状とすることができる。 次に、金属製容器に充填した原料混合物に対し、各種の
衝撃圧縮処理装置、例えば特開昭５８−９３５９８号公
報、特開昭５８−９５５４６号公報、特開昭５８−９５
５４７号公報、特開昭５８−１０４６２９号公報あるい
は特開平２−２２２７２３号公報等に詳述されている円
筒型や平面型の衝撃圧縮処理装置を用いて、爆薬の爆発
により駆動された高速の飛翔体の衝突により生じる高温
、高圧を伴う衝撃波により衝撃圧縮処理を施す。

【００１１】図１は本発明の方法に用いる装置の好まし
い例を示すもので、平面型衝撃圧縮処理装置の縦断面図
である。この処理装置は公知のものであって、雷管１、
平面爆轟波発生装置２、爆薬３、飛翔部材４、飛翔部材
支持円筒５、運動料捕捉部材６，７，８、歩後容器９、
試料容器１０、試料１１、空隙１２から構成される。こ
の装置において、雷管を爆発させると平面爆轟波発生装
置により平面爆轟波が形成され、爆薬を平面状に起爆す
る。爆薬の平面状の爆発により飛翔部材はその平面性を
保ったまま駆動され保護容器に衝突し、平面衝撃波を発
生させる。平面衝撃波は保護容器から試料容器、次いで
試料へと伝播する。衝撃波が試料中を通過すると試料は
衝撃圧縮され、高温高圧の状態となる。

【００１２】爆薬３としては、ニトロメタン、ヘキソー
ゲン、ペンスリットあるいは高融点爆薬（ＨＭＸ）等が
用いられ、平面爆轟波発生装置２としては、硝酸ヒドラ
ジンの飽水ヒドラジン溶液、ニトロメタン等を用いるこ
とができる。

【００１３】また、爆薬の爆発による衝撃波は、高速の
飛翔体を介して試料の入った容器に加えることができる
ほか、直接原料の入った容器に加えることもできる。す
なわち、図１において、飛翔部材４、飛翔部材支持円筒
５を取り除き、爆薬３を試料の入った容器に接触させた
状態で爆発させ、爆薬の爆発による衝撃波を直接試料の
入った容器に加えることもできる。爆薬の使用量は使用
する装置の形状、衝撃波の伝達方法等により大幅に異な
るが、資料に加えられる衝撃圧が３０万〜１００万気圧
となるようにするのが好ましい。

【００１４】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに具体的に説
明する。 実施例１ 以下に示すようにして、六方晶窒化ほう素８重量％と球
状の銅粉９２重量％の混合物を図１に示す装置により衝
撃圧縮処理し、立方晶窒化ほう素を製造した。原料とし
て平均粒径３．２μｍ　の六方晶窒化ほう素を用い、マ
トリックスとして粒径７４〜１４７μｍ　の球状銅粉を
用いた。両者を均一に混合し試料とした。この試料を内
径２０ｍｍ、外径３０ｍｍのスチール（ＳＳ４１）製試
料容器１０に嵩密度が真密度の８０％で、厚さが４ｍｍ
となるように充填した。試料容器１０を内径３０ｍｍ、
外径５０ｍｍの真鍮製保護容器９に装填し、その周囲に
２重の運動量捕捉部材６、７（内径５０ｍｍ、外径６６
ｍｍ及び内径６６ｍｍ、外径７６ｍｍのスチール（ＳＳ
４１）製円筒）を置き、さらにその周囲を同じく運動量
捕捉部材８として厚さ４５ｍｍの鉛で取り巻いた。この
装置の上部に外径７６ｍｍ、内径７１ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍの硬質塩化ビニル製飛翔部材支持円筒５を取り付け、
その上に直径７６ｍｍ、厚さ３ｍｍの鋼製飛翔部材４を
置いた。爆薬３として、高融点爆薬（ＨＭＸ）にバイン
ダーとして無機塩の水溶液を１５重量％添加したものを
２３０ｇ用いた。爆薬３の上部には硝酸ヒドラジンの飽
水ヒドラジン溶液とニトロメタンとからなる平面爆轟波
発生装置２の頂部に差し込んだ６号電気雷管１で起爆し
た。

【００１５】回収した試料容器から機械加工により試料
を取り出し、硝酸、塩酸を用いて金属分を溶解させ、分
離、洗浄、乾燥して粉末の物質を得た。この粉末の物質
からふっ酸処理法により立方晶窒化ほう素以外の窒化ほ
う素を取り除いたところ、原料の六方晶窒化ほう素の４
０重量％の重量の物質が残った。この物質を回収し、粉
末Ｘ線回折法で分析したところ、回折ピークは立方晶窒
化ほう素のみの単一相を示した。この結果から、原料の
六方晶窒化ほう素から立方晶窒化ほう素への転換率は４
０重量％と推定された。

【００１６】実施例２ マトリックスを粒径７４〜１４７μｍ　の球状鉄粉とし
た以外は実施例１と同じ方法で衝撃圧縮処理を実施し、
生成物の分析を行った。六方晶窒化ほう素から立方晶窒
化ほう素への転換率は２５重量％と推定された。

【００１７】実施例３ マトリックスを粒径７４〜１４７μｍ　の球状炭酸カル
シウム粉とした以外は実施例１と同じ方法で衝撃圧縮処
理を実施し、生成物の分析を行った。六方晶窒化ほう素
から立方晶窒化ほう素への転換率は２０重量％と推定さ
れた。

【００１８】比較例１ マトリックスの粒子形状が鱗片状である以外は実施例１
と同じ方法で衝撃圧縮処理を実施し、生成物の分析を行
った。立方晶窒化ほう素はほとんど生成されておらず、
転換率は１重量％以下と推定された。

【００１９】比較例２ マトリックスの粒子形状が鱗片状である以外は実施例２
と同じ方法で衝撃圧縮処理を実施し、生成物の分析を行
った。立方晶窒化ほう素はほとんど生成されておらず、
転換率は１重量％以下と推定された。

【００２０】比較例３ 粒径の大きい粒子を粉砕して７４〜１４７μｍ　にした
角張った粒子形状の炭酸カルシウム粉をマトリックスと
した以外は実施例３と同じ方法で衝撃圧縮処理を実施し
、生成物の分析を行った。立方晶窒化ほう素はほとんど
生成されておらず、転換率は１重量％以下と推定された
。

【００２１】実施例４ 比較例１と同じ方法で衝撃圧縮処理した試料を硫酸とフ
ッ化ナトリウムの混合物で処理して六方晶窒化ほう素を
除去したところ、３０重量％の物質が残った。この物質
を粉末Ｘ線回折法で分析したところ、回折ピークはウル
ツ型窒化ほう素を示し、立方晶窒化ほう素はほとんど検
出されなかった。六方晶窒化ほう素のかわりにこのウル
ツ型窒化ほう素を使用し、実施例１と同様の方法で衝撃
圧縮処理を行った結果、ウルツ型窒化ほう素から立方晶
窒化ほう素への転換率は４５重量％と推定された。 比較例４ 鱗片状のマトリックス粒子を使用したほかは実施例４と
同様の方法でウルツ型窒化ほう素を圧縮衝撃処理した結
果、ウルツ型窒化ほう素から立方晶窒化ほう素への転換
率は２重量％と推定された。

【００２２】

【発明の効果】本発明による六方晶窒化ほう素と球状粒
子からなるマトリックスとを混合して衝撃圧縮を行う方
法によれば、六方晶窒化ほう素から立方晶窒化ほう素へ
の転換率は、２０重量％以上になる。得られる立方晶窒
化ほう素は、数１０〜数１０００Åの結晶子からなる多
結晶体で、数μｍ　〜数１００μｍの緻密な粒子であり
、研磨剤として良好な性能を有し、さらにこの粒子を焼
結させた多結晶立方晶窒化ほう素焼結体は、へき開性が
なく、靱性が高いという多結晶体の特徴を反映しており
、ダキヤモンドでの切削が難しい鉄系材料の切削工具の
材料としても優れている。また、球状粒子からなるマト
リックスは、衝撃圧縮処理法によりダイヤモンドや窒化
けい素、炭化けい素等、他のセラミックスを製造する場
合にも転換率を高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための衝撃圧縮処理装
置の一例としての平面型衝撃圧縮処理装置を縦断面図で
示す説明図である。

【符号の説明】

１　　雷管 ２　　平面爆轟波発生装置 ３　　爆薬 ４　　飛翔部材 ５　　飛翔部材支持円筒 ６、７、８　　運動量捕捉部材 ９　　保護容器 １０　　試料容器 １１　　試料 １２　　空隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　低圧相窒化ほう素をマトリックス中に
   均一に分散させた混合物に動的高圧力を作用させ、低圧
   相窒化ほう素を高圧相窒化ほう素へと転移せしめるにあ
   たり、該マトリックスとして球状の粒子を使用すること
   を特徴とする高圧相窒化ほう素の製造方法。