JPH0524849B2 - - Google Patents

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JPH0524849B2
JPH0524849B2 JP61104562A JP10456286A JPH0524849B2 JP H0524849 B2 JPH0524849 B2 JP H0524849B2 JP 61104562 A JP61104562 A JP 61104562A JP 10456286 A JP10456286 A JP 10456286A JP H0524849 B2 JPH0524849 B2 JP H0524849B2
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JP
Japan
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powder
boron
boron nitride
compound
alkaline earth
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Application number
JP61104562A
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Japanese (ja)
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JPS6256308A (en
Inventor
Takahisa Koshida
Takeshi Ogasawara
Kimiaki Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
JFE Refractories Corp
Original Assignee
Kawasaki Refractories Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Kawasaki Refractories Co Ltd, Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Refractories Co Ltd
Publication of JPS6256308A publication Critical patent/JPS6256308A/en
Publication of JPH0524849B2 publication Critical patent/JPH0524849B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は焼結特性の優れた六方晶窒化硼素粉末
(以下h−BNと記載する)およびその製造法に
関し、窒化硼素焼結体製造用の原料粉末およびそ
の製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 h−BNは白色の粉体で黒鉛と同様に六方晶の
層状構造であり、多種の特性を有している。特に
熱伝導性、電気絶縁性、耐食性、潤滑性、耐熱
性、機械加工性などが優れており、これらの性質
を生かして多岐の用途に供されている。粉体とし
ての用途にはプラスチツク添加剤、潤滑剤などが
あり、成形体及び複合材としては治具、電気絶縁
材、型材などの用途がある。 このように用途の広いh−BNを合成する方法
は種々開発されているが、現在工業的に採用され
ている方法は、 (1) 硼砂と尿素の混合物をアンモニア雰囲気中で
800℃以上に加熱合成する方法(特公昭38−
1610) (2) 硼酸または酸化硼素と燐酸カルシウムとを混
合し、アンモニア雰囲気中で加熱する方法(特
公昭42−24669) (3) 硼酸と含窒素化合物(尿素、メラミン、ジシ
アンジアミド等)を1600℃以上に加熱する方法
(特公昭48−14559) などが主なものである。 (4) その他に三塩化硼素とアンモニアによる気相
合成法もあるが、原料コストが高いので特殊な
用途の製品を製造する場合に限られる。(特公
昭38−22852) (5) また上記(3)の方法では結晶が成長しないので
この欠点を改良する目的でアルカリ土類金属の
化合物を添加して結晶を成長させる方法(特公
昭41−18570)が提案されている。 (6) さらにh−BNの高純度化方法として硼酸を
原料として粗製h−BNにアルカリ金属を添加
して1000℃以上に加熱する方法(特公昭47−
26600)がある。 上記(1)の方法は原料中の硼砂にナトリウムを多
量に含んでいるために1000℃以上にすると酸化ナ
トリウムの蒸発が始まり、冷却部で凝縮して酸化
ナトリウムの潮解性のため反応炉に使用されてい
る材料を傷つけるので、1000℃以下で一度水洗し
てナトリウム成分を除去する必要がある。このた
め洗浄工程が必要になり工程が複雑になる。 上記(2)の方法も同様に添加した燐酸カルシウム
を酸洗して除去する必要がある。 また上記(3)の方法については1600℃以上の高温
にしないと高純度品が製造できない。 (5)のアルカリ土類金属を添加して結晶を成長さ
せる方法も上記(3)と同様に添加物除去のため酸洗
処理が必要である。 (6)のアルカリ金属化合物を添加して高純度化す
る方法は、粗製h−BNを800℃以上の温度で合
成し、粉砕してアルカリ金属化合物を添加しさら
に成形工程などを経て1000℃以上で加熱するため
に、工程が非常に複雑になる。この方法では粗製
h−BNは純度が80%程度であり高純度とはいえ
ず、高純度化処理によつても残部のB2O3が窒化
されて高純度化するのではなく蒸発除去されるだ
けである。このため原料の硼素の利用率は非常に
低く根本的な解決とは言い難い。 さらに本発明の類似方法として窒化硼素粉末に
アルカリ土類金属の硼酸塩を混合して焼結体製造
用粉末を合成し、この粉末をホツトプレスして焼
結体を製造する方法(特公昭49−40124)がある。
このような窒化硼素粉末に焼結助剤を添加してホ
ツトプレスする方法では、原料となる窒化硼素粉
末の特性が従来品と異なることなく、高純度窒化
硼素では結晶が成長し焼結体製造時異方性が生
じ、低結晶性の窒化硼素では純度が低く焼結助剤
と不純物が多くなり高温特性において劣るという
結果になり何ら根本的解決にはなり得なかつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上のように従来技術で高純度h−BNを得よ
うとすれば高温加熱処理するか、酸洗等の複雑な
工程が必要であつた。また、単に高純度化すれば
結晶も同時に成長し、これらの結晶の大きい窒化
硼素粉末を原料として焼結体を製造すると、高温
での焼結体強度の乏しい、焼結特性の劣る焼結体
しか得られない。 本発明者らは、従来技術の欠点を補うべく鋭意
工夫を重ねた結果、焼結体用原料として、従来の
方法では得られなかつた、優れたh−BN粉末を
製造するに至つた。 本発明の目的は焼結体特性の優れたh−BN粉
末およびその製造方法を提供することにある。 本発明によれば高純度でかつ結晶があまり成長
しておらず、準黒鉛構造をもち、安定化剤として
微細なアルカリ土類金属化合物を均一に含有した
h−BNを得ることができる。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、アルカリ土類金属を硼素1モルに対
し0.0001〜0.1モル含有し、結晶子の大きさが8
〜50nmであり、窒化硼素の純度が95重量%以上
である焼結特性の優れた六方晶窒化硼素粉末であ
る。 このようなh−BNは次の手段によつて製造す
ることができる。 原料として酸素含有硼素化合物と窒素化合物の
混合物を用い、この混合物に炭素質粉末および/
または硼砂類を添加して非酸化性雰囲気中で加熱
する。これにより従来の方法では得られなかつ
た、高純度で、結晶の発達していないh−BN粉
末を製造する。さらに不純物として存在している
酸化硼素あるいはh−BNの結晶の中に取り込ま
れた酸素の安定化剤としてアルカリ土類金属化合
物を上記h−BN粉末中に均一に分散させる。こ
のアルカリ土類金属の均一分散は上記非酸化性雰
囲気中での加熱の前でも後でもよく、この分散に
より焼結特性の優れたh−BN粉末を得ることが
できる。 本発明の製造方法の第1の発明は、酸素含有硼
素化合物と窒素化合物とを混合し、該混合物中の
硼素1モルに対してアルカリ土類金属として
0.0001〜0.1モルのアルカリ土類金属化合物を添
加し、さらに該混合物中の硼素1モルに対して炭
素として0.005〜0.1モルの炭素質粉末および/ま
たは原料の酸素含有硼素化合物に対して無水硼砂
として2.5〜30重量%の硼砂類を添加し、以上の
混合物を常圧下または減圧下の非酸化性雰囲気中
で加熱することを特徴とする。 第2の本発明方法は、酸素含有硼素化合物と窒
素化合物とを混合し、該混合物中の硼素1モルに
対して炭素として0.005〜0.1モルの炭素質粉末を
添加し、以上の混合物を常圧下または減圧下の非
酸化性雰囲気中で加熱して六方晶窒化硼素粉末を
得、該六方晶窒化硼素粉末に該粉末中の硼素1モ
ルに対してアルカリ土類金属として0.0001〜0.1
モルのアルカリ土類金属化合物を混合することを
特徴とする。 第3の発明方法は、酸素含有硼素化合物と窒素
化合物とを混合し、該混合物中の硼素1モルに対
して炭素として0.005〜0.1モルの炭素質粉末、お
よび原料の酸素含有硼素化合物に対して無水硼砂
として2.5〜30重量%の硼砂類を添加し、以上の
混合物を常圧下または減圧下の非酸化性雰囲気中
で加熱して六方晶窒化硼素粉末を得、該六方晶窒
化硼素粉末に該粉末中の硼素1モルに対してアル
カリ土類金属として0.0001〜0.1モルのアルカリ
土類金属化合物を混合することを特徴とする。 第4の発明方法は、酸素含有硼素化合物と窒素
化合物とを混合し、該混合物中の硼素1モルに対
してアルカリ土類金属として0.0001〜0.1モルの
アルカリ土類金属化合物、および前記酸素含有硼
素化合物に対して無水硼砂として2.5〜30重量%
の硼砂類を添加し、以上の混合物を常圧下または
減圧下の非酸化性雰囲気中にて低温加熱して粗製
六方晶窒化硼素粉末を得た後、該粗製六方晶窒化
硼素粉末を洗浄・乾燥することを特徴とする。 そして、第5の発明方法は酸素含有硼素化合物
と窒素化合物とを混合し、該酸素含有硼素化合物
に対して無水硼砂として2.5〜30重量%の硼砂類
を添加し、以上の混合物を常圧下または減圧下の
非酸化性雰囲気中で低温加熱して粗製六方晶窒化
硼素粉末を得た後、該粗製六方晶窒化硼素粉末を
洗浄乾燥し、該乾燥粉末中の硼素1モルに対して
アルカリ土類金属として0.0001〜0.1モルのアル
カリ土類金属化合物を混合することを特徴とする
ものである。 〔作用〕 以下焼結体用原料として最適なh−BN粉末の
製造方法について具体的に作用と共に詳細に説明
する。 硼素源である酸素含有硼素化合物としては種々
のものが存在するが不純物の混入などを考慮すれ
ば硼酸、硼酸の脱水物、硼酸アンモニウムなどの
使用が適切であり、窒素源である窒素化合物とし
て尿素、メラミン、ジシアンジアミド、シアヌル
酸、塩化アンモニウムなどの高温で分解除去でき
るものが好ましい。 これらの原料の混合比は、硼素と窒素のモル比
(N/B)が1以上になるように混合する必要が
ある。 混合物の窒化をさらに進める目的で、例えば硼
酸とメラミンを(N/B)=2になるように混合
してアンモニア雰囲気中で加熱したところ、1300
℃で窒化硼素の含有量は85重量%、1500℃でも92
重量%であつた。またこのときの結晶子の大きさ
はLcで45nmであつた。 ここで使用するh−BN粉末の純度は窒化硼素
中のN含有量の56.5%を理論値として合成した窒
化硼素中のNをアルカリ溶融法により分析し、分
析値のN(%)を理論値で除した値を100倍してパ
ーセントで表示した値である。 窒化硼素は合成条件により結晶構造が異なつて
おり、たとえば硼酸と尿素を原料として窒素雰囲
気中で窒化硼素を合成した場合を例にとると、
600℃から窒化硼素が生成するが、この場合は完
全に六方晶構造にまでなりきつておらず、結晶学
上乱層構造と呼ばれるような、隣接する層が互い
にランダムに位置する構造になつている。通常の
結晶質の窒化硼素は黒鉛と同様に六方晶の層状構
造をとり、各層は完全に平行になつており、この
点が乱層構造の窒化硼素と異なる点である。さら
に温度を上げていくと乱層構造から六方晶構造に
徐々に変化していき、それと同時に粒成長と不純
物の酸化硼素、硼酸アンモニウム、結晶中の酸
素、炭素などが除去されて純度も向上していく。
1600℃以上になると、一次粒子径も1μm以上に
なり、さらに加熱を続けていくと完全に六方晶構
造の2μm〜6μmの1次粒子径を有する純度(N
の分析値から計算した値)が99重量%以上の窒化
硼素になる。 これらの結晶構造を定量化する方法として結晶
子の大きさを測定する方法(日本学術振興会117
委員会法)がある。結晶子の大きさはc軸方向の
平均厚さ(Lc)とa軸方向の平均直径(La)で
表わされるが(002)のピークが最も強いのでLc
で表示するのが精度も良い。 Lcで上記結晶構造を評価すると、ほぼ10nm以
下では乱層構造であり、ほぼ10〜40nmでは準黒
鉛構造をとり、ほぼ40nm以上では完全に六方晶
構造であつた。従つて本発明でいう準黒鉛構造を
Lcで述べれば略10〜40nmの窒化硼素ということ
になる。 ただこの境界は明確なものではなく焼結体用粉
末原料としてはLcが8〜50nmが最も特性の発現
がある。このため原料粉末のLcとしては8〜
50nmが望ましい。 できるだけ低い温度で結晶子がLcで20nm以下
の結晶の成長していない高純度のh−BN製造方
法について検討した結果、h−BNの純度が低い
のは、完全に窒化されていないB2O3が存在する
こと、および結晶子が成長するのはB2O3の融点
が450℃と低いため液相を形成し、液相を介した
h−BNの結晶成長が1600℃から顕著に生ずるた
めであることが明らかとなつた。このように窒化
硼素を高純度化するためにはB2O3を蒸発除去す
るため1600℃以上の高温にすることが必要で、こ
の場合必然的に結晶の成長が生ずる。これらの結
果から、目的とする高純度で結晶の成長していな
いh−BNを製造するためには不純物(B2O3
ど)を蒸発除去すること、および結晶子の成長が
顕著になる温度に達する前に液相成分(B2O3
ど)の除去を図ることが必要である。 これらの条件を満足する処理方法について検討
した。その結果B2O3などの除去方法として硼砂
類または炭素質粉末の添加が効果的であることを
見出した。 まず、硼砂類の効果について説明すると、硼砂
類とは無水硼砂または硼砂である。無水硼砂ある
いは硼砂の添加によつてB2O3の沸点は低いメタ
硼酸ナトリウムを生成し、1500℃以下の温度で蒸
発除去され、h−BNが高純度化される。このと
き蒸発したメタ硼酸ナトリウムは、酸化ナトリウ
ムと異なり潮解性などはないため、冷却部でトラ
ツプ除去され、かつ反応容器の損傷もほとんど見
られなかつた。回収したメタ硼酸ナトリウムは再
度硼素源として利用できる。無水硼砂は融点
(740℃)が硼酸、酸化硼素に比べて高いため窒化
反応における硼素原料と窒化ガスとの接触面積を
増大させる担体としての役割を果たし、反応界面
を広くでき窒化が進む。 硼砂類の添加量は、原料の酸素含有硼素化合物
に対して、無水硼砂として2.5〜30重量%が適し
ている。30重量%を越えるとメタ硼酸ナトリウム
以外に酸化ナトリウムも生成するので好ましくな
い。また2.5重量%未満ではフイラーの役割を果
たさないため、1300℃以下での窒化率が減少す
る。炭酸ナトリウムなどアルカリ金属化合物の添
加によつても、B2O3との反応によりメタ硼酸ナ
トリウムを形成し高純度化は可能であるが、酸化
ナトリウムを生成させないようにするため添加量
を多くすることができず、少量では担体としての
役割を果たさないので、1300℃以下で処理しても
h−BNの純度も向上しない。 B2O3の蒸発を促進するもう一つの添加物とし
て炭素質粉末について説明する。つまり炭素質粉
末によつてB2O3を還元することによりB2O2とし
て除去する方法である。炭素質粉末としては、非
晶質の炭素粉末から黒鉛化の進んだ粉末に至るい
ずれのものも使用できるが非晶質の炭素質粉末が
より好ましい。このときの添加量は、過剰に添加
するとカーボンが残留するため、試料中のB2O3
と等モル量添加しなくてはならない。このため添
加量は残留B2O3によつて変動する。h−BNの純
度が従来技術により製造される70重量%の場合を
下限とすると、炭素質粉末の添加量は硼素化合物
中の硼素に対して炭素としては0.1モル以下にな
る。また添加量が0.005モル未満では還元効果が
現れない。従つて硼素1モルに対して炭素0.005
〜0.1モルの添加が適している。 炭素質粉末と硼砂類とは同様に窒化反応促進と
不純物の除去に効果があるが、結晶粒成長の点で
は両者は大きな差異がある。硼砂類を添加剤とし
て使用する場合には低温で液相を形成し生成物で
あるメタ硼酸が蒸発する前に液相を介したh−
BN成長が生じるので結晶子は大きくなる。従つ
て硼砂類を用いるときは極力低温加熱して結晶の
成長を抑制することが必要である。 本発明において低温加熱とは硼砂あるいは副生
するるメタ硼酸ナトリウム、酸化ナトリウムの蒸
発が顕著に起こらない温度でかつ窒化硼素が粗成
長を起こさずに高純化される温度で加熱すること
を言い、その温度は900〜1300℃である。因みに
硼砂、メタ硼酸ナトリウム、酸化ナトリウムのそ
れぞれの蒸発温度は1575℃,1430℃,1275℃であ
る。 また硼砂類は水洗洗浄乾燥工程を経ることによ
つて純度向上を図ることが必要である。 一方炭素質粉末添加では液相を形成せず、逆に
微粒子として液相中に分散して存在することによ
り粘度を低下させ、液相の活性度を下げ粒成長を
抑制するという明らかに硼砂類と異なる働きをす
る。従つて、より低結晶性のh−BNを製造する
ためには炭素質粉末を添加することが好ましい。 さらに炭素質粉末を添加したものは炭素質粉末
が固体状で粒子間に存在するために分散の点から
言えばできるだけ微細なものが好ましい。この点
から炭素質粉末と硼砂類のような液相形成物を併
用すれば、低温の窒化反応を促進する点で硼砂類
は大きな効果を持ち、さらに粒成長抑制剤として
の炭素質粉末とh−BNとの接触を良くする相互
作用をなす。このように高純度で低結晶質のh−
BNを製造するには炭素質粉末単独あるいは炭素
質粉末と硼砂類の併用によつてより容易に達成す
ることができる。 これらの粒成長抑制および高純度化のための添
加物の添加時期については、炭素質粉末は不純物
のB2O3を一部B2O2の形で還元除去する目的であ
るから、この反応が効果を持つ1300℃より低い温
度であればよい。つまり硼酸あるいはその脱水物
または硼酸アンモニウムを原料としてh−BN粉
末を合成する場合に1300℃以下の温度であれば一
定温度まで焼結したものを一度取り出して炭素質
粉末を添加することも可能である。もちろん原料
粉末として添加すれば操作は最も簡単である。硼
砂類の添加時期は一部窒化反応に寄与することか
ら原料段階での添加効果は大きい。 単なる高純化あるいは炭素質粉末により低結晶
性のh−BN製造を目標にするなら、1300℃以下
の温度であれば添加時期はいつでもよい。 次に、アルカリ土類金属化合物の添加について
説明する。 h−BN中の不純物であるB2O3の除去方法とし
て硼砂類や炭素質粉末の添加が効果的であること
は前述した通りであるが、この場合にも完全に除
去された訳ではなく、微量のB2O3が残存してい
る。 この残存B2O3は大気中の湿分と反応して体積
膨張を生ずる。またB2O3の融点は450℃と低いた
め、h−BN粉より焼結体を製造した際にB2O3
含有量が多いほど、高温、例えば1000℃における
強度が低くなつてしまう。 そこで、残存B2O3を焼結体中で安定化、高融
点化させる方法を検討した結果、アルカリ土類金
属化合物の添加が有効であることを見出した。特
にアルカリ土類金属の炭酸化合物が適している。
例えば炭酸カルシウム(CaCO3)を添加して熱
処理することにより、酸化カルシウム(CaO)と
B2O3が反応し、融点の高い化合物である下記の CaO・B2O3(融点1125℃) 2CaO・B2O3(同1280℃) 3CaO・B2O3(同1454℃) などになり、高温においても安定化した化合物に
変換される。 アルカリ土類金属化合物の添加量は、生成窒化
硼素中のB2O3の残存量に見合う量であるが、高
純度窒化硼素粉末として窒化硼素の純度が95重量
%以上であり、この場合不純物が5重量%未満で
あるので、添加量としては原料中の酸素含有硼素
化合物の硼素に対してアルカリ土類金属として
0.1モル以下であればよい。 また、本発明の一つの目的である高温加熱せず
に高純度h−BNを得る方法においては、生成窒
化硼素の純度上限が99.95重量%程度であるが、
この場合の不純物に対するアルカリ土類金属化合
物の添加量としては0.0001モル以上であればよ
い。 以上に述べた方法により、結晶を発達させずに
高純度で高温焼結特性の優れたh−BNを製造す
ることができる。 アルカリ土類金属の添加時期については、原料
の混合時微細な炭酸塩、酸化物、水酸化物などと
して添加するのが製造工程上も簡単である。また
低結晶で高純度のh−BN粉末にアルカリ土類金
属化合物を添加することも可能である。この場合
添加物のアルカリ土類金属化合物は均一に粒径の
細かいh−BNと混合する必要があり、可溶性の
アルカリ土類金属化合物(硝酸塩など)を溶媒中
に溶かしh−BNと均一に混合すると効果的であ
る。 次に本発明のh−BNの製造条件として、まず
雰囲気についてはh−BNの酸化を防止するため
に、不活性ガスあるいはアンモニアガスなどの非
酸化性雰囲気とする必要がある。加熱処理温度と
しては、不純物の蒸発が活発になる1300℃以上で
結晶の成長が顕著にならない1600℃以下がよい
が、硼砂中のナトリウムがNa2Oとして窒化硼素
の不純物になつて残存するのを防ぐため、1500〜
1600℃の温度で処理するのが好ましい。 さらに加熱時に雰囲気を減圧下で行えば、硼砂
添加時に生成する不純物のメタ硼酸ナトリウム、
B2O3あるいは炭材添加によつて生成する不純物
B2O2とB2O3の蒸発除去を容易にすることができ
る。このため不純物の蒸発が活発になる1300℃以
上の温度で減圧にすれば、さらに効果的に高純度
化を進めることができ、高純度化処理時間が短時
間で済むことになり、エネルギー的に非常に有利
である。 また最終製品は塊状合成物を粉砕して焼結させ
るが、通常は粉砕の後、充填性の向上を目的とし
て造粒を行う。この場合、粉末はスラリー状態で
スプレードライ法を使用する。このときスラリー
を1ないし数回、脱水、洗浄すると製品が均一
で、かつ不純物として残留しているナトリウム成
分あるいは酸化硼素などを除去できるので効果的
である。もちろんh−BNは疎水性であるので溶
媒として水を使用するには界面活性剤を必要とす
る。あるいはアルコール類の有機溶媒を分散剤と
しても効果は大きい。 〔実施例〕 実施例 1〜8 本発明方法により製造した実施例1〜8および
比較例を第1表に示す。 実施例3を例にとり製造工程を説明する。 硼酸1.8Kgとメラミン2Kgに、200メツシユ以下
の無水硼砂150g、カーボンブラツク20g、およ
び200メツシユ以下の炭酸カルシウム10gを添加
し、Vブレンダーで混合した後、内径200mmφ、
高さ300mmHの黒鉛るつぼにこれを入れ、上蓋を
した後、高周波炉によりN2雰囲気中1550℃で1
時間加熱処理した。生成した処理物をジエツトミ
ルで粉砕分級し、 窒化硼素の純度:97.2重量% CaOの含有量:0.7重量% 結晶子Lc:10.2nm の結晶の成長していない微粉が得られた。この生
成物を圧力200Kg/cm2、1900℃で2時間のホツト
プレス処理により成形体を製造したところ、 密度:2.12g/cm3 1000℃における曲げ強度:8.9Kg/mm2 と従来品よりも優れた焼結体が得られた。 実施例1と6は炭素質粉末を添加した例、実施
例2と7は無水硼砂を添加した例、実施例3,
4,5,8は両者を添加した例である。 また、実施例6〜8は、実施例1〜3と同様の
原料、添加剤を用い、高周波炉により、900℃ま
でN2雰囲気中で加熱し、その後は10-1Torrに減
圧し、1550℃で1時間加熱処理を行つた。 得られたh−BN粉末は結晶の発達していない
高純度品であり、ホツトプレス処理によつて得た
焼結体はいずれもその高温における強度は優れて
いた。 比較例はカーボンブラツクが原料中の硼素に対
して炭素として1.03モルに相当し、無水硼砂が硼
酸の50重量%に相当している例であるが、純度が
68重量%と低く不純物として、 CaO:6.4重量% カーボン(C):8.6重量% Na2O:5.9重量% と多量存在し、窒化硼素本来の白色粉末ではな
く、黒色を呈しており、ホツトプレス処理による
焼結体もその特性は低くなつた。 〔参考例〕 市販の純度97重量%の窒化硼素粉末にCaCO3
を1.5重量%添加してボールミルで混合した微粉
を前述の実施例と同一のホツトプレス処理条件で
焼結し、焼結体を製造したところ、 密度:1.94g/cm3 1000℃における曲げ強度: 3.1Kg/mm2 であつた。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a hexagonal boron nitride powder (hereinafter referred to as h-BN) with excellent sintering properties and a method for producing the same, and relates to a raw material powder for producing a boron nitride sintered body and a method for producing the same. It is related to. [Prior Art] h-BN is a white powder that has a hexagonal layered structure similar to graphite, and has various properties. In particular, it has excellent thermal conductivity, electrical insulation, corrosion resistance, lubricity, heat resistance, machinability, etc., and it is used in a wide variety of applications by taking advantage of these properties. Applications as a powder include plastic additives and lubricants, and applications as molded bodies and composite materials include jigs, electrical insulation materials, and mold materials. Various methods have been developed to synthesize h-BN, which has a wide range of uses, but the methods currently used industrially include (1) mixing a mixture of borax and urea in an ammonia atmosphere;
Method of heating synthesis at 800℃ or higher
1610) (2) Method of mixing boric acid or boron oxide and calcium phosphate and heating in an ammonia atmosphere (Special Publication No. 1610-24669) (3) Mixing boric acid and nitrogen-containing compounds (urea, melamine, dicyandiamide, etc.) at 1600℃ The main methods include heating to a higher temperature (Japanese Patent Publication No. 48-14559). (4) There is also a gas phase synthesis method using boron trichloride and ammonia, but due to the high cost of raw materials, this method is limited to manufacturing products for special purposes. (Japanese Patent Publication No. 38-22852) (5) Since crystals do not grow in the method (3) above, in order to improve this drawback, there is a method of growing crystals by adding an alkaline earth metal compound (Japanese Patent Publication No. 41-1989). 18570) has been proposed. (6) Furthermore, as a method for highly purifying h-BN, a method of adding an alkali metal to crude h-BN using boric acid as a raw material and heating it to over 1000℃
26600). In the method (1) above, since the borax in the raw material contains a large amount of sodium, when the temperature exceeds 1000℃, the sodium oxide begins to evaporate, condenses in the cooling section, and is used in the reactor due to the deliquescent nature of sodium oxide. The sodium component must be removed by washing once at a temperature below 1000℃ to avoid damaging the material. Therefore, a cleaning step is required, which complicates the process. In the method (2) above, it is also necessary to remove the added calcium phosphate by pickling. Furthermore, in the method (3) above, high purity products cannot be produced unless the temperature is raised to 1600°C or higher. The method (5) of growing crystals by adding an alkaline earth metal also requires pickling treatment to remove additives, as in (3) above. The method (6) of adding an alkali metal compound to achieve high purity is to synthesize crude h-BN at a temperature of 800℃ or higher, crush it, add an alkali metal compound, and then undergo a molding process at a temperature of 1000℃ or higher. The process is very complicated because it is heated by In this method, the purity of crude h-BN is about 80%, which cannot be said to be high purity, and even in the high purification process, the remaining B 2 O 3 is not nitrided and purified, but is removed by evaporation. It's just that. For this reason, the utilization rate of boron as a raw material is extremely low, and it is difficult to say that this is a fundamental solution. Furthermore, as a similar method to the present invention, a method is prepared in which a boron nitride powder is mixed with an alkaline earth metal borate to synthesize a powder for producing a sintered body, and this powder is hot pressed to produce a sintered body (Japanese Patent Publication No. 40124).
In this method of hot pressing by adding a sintering aid to boron nitride powder, the characteristics of the boron nitride powder used as the raw material do not differ from conventional products, and crystals grow in high purity boron nitride, which causes problems during the production of sintered bodies. Anisotropy occurs, and low-crystalline boron nitride has low purity and contains a large amount of sintering aids and impurities, resulting in poor high-temperature properties and cannot provide any fundamental solution. [Problems to be Solved by the Invention] As described above, in order to obtain high-purity h-BN using the conventional techniques, high-temperature heat treatment or complicated steps such as pickling were required. In addition, if the purity is simply increased, crystals will also grow at the same time, and if a sintered body is manufactured using boron nitride powder with large crystals as a raw material, the sintered body will have poor sintering properties and poor strength at high temperatures. I can only get it. As a result of intensive efforts by the present inventors to compensate for the shortcomings of the prior art, they were able to produce an excellent h-BN powder as a raw material for a sintered body, which could not be obtained by conventional methods. An object of the present invention is to provide an h-BN powder with excellent sintered properties and a method for producing the same. According to the present invention, it is possible to obtain h-BN which is highly pure, does not have much crystal growth, has a quasi-graphitic structure, and uniformly contains a fine alkaline earth metal compound as a stabilizer. [Means for solving the problems] The present invention contains an alkaline earth metal in an amount of 0.0001 to 0.1 mol per 1 mol of boron, and has a crystallite size of 8.
~50nm, and the purity of boron nitride is 95% by weight or more, making it a hexagonal boron nitride powder with excellent sintering properties. Such h-BN can be produced by the following method. A mixture of an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound is used as a raw material, and carbonaceous powder and/or
Alternatively, borax is added and heated in a non-oxidizing atmosphere. This produces h-BN powder with high purity and undeveloped crystals, which could not be obtained by conventional methods. Furthermore, an alkaline earth metal compound is uniformly dispersed in the h-BN powder as a stabilizer for boron oxide existing as an impurity or oxygen incorporated into the h-BN crystals. This uniform dispersion of the alkaline earth metal may be performed before or after heating in the non-oxidizing atmosphere, and by this dispersion, h-BN powder with excellent sintering properties can be obtained. The first aspect of the production method of the present invention is to mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, and to prepare an alkaline earth metal for 1 mole of boron in the mixture.
0.0001 to 0.1 mol of an alkaline earth metal compound is added, and 0.005 to 0.1 mol of carbonaceous powder and/or anhydrous borax is added as carbon per mol of boron in the mixture. It is characterized by adding 2.5 to 30% by weight of borax and heating the above mixture in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure. In the second method of the present invention, an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound are mixed, 0.005 to 0.1 mole of carbonaceous powder is added as carbon per mole of boron in the mixture, and the above mixture is mixed under normal pressure. Alternatively, hexagonal boron nitride powder is obtained by heating in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure, and the hexagonal boron nitride powder has an alkaline earth metal content of 0.0001 to 0.1 per mole of boron in the powder.
It is characterized by mixing molar alkaline earth metal compounds. The third method of the invention is to mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, and obtain a carbonaceous powder containing 0.005 to 0.1 mole of carbon per mole of boron in the mixture, and 2.5 to 30% by weight of borax is added as anhydrous borax, and the above mixture is heated in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure to obtain hexagonal boron nitride powder. It is characterized in that 0.0001 to 0.1 mole of an alkaline earth metal compound is mixed as an alkaline earth metal with respect to 1 mole of boron in the powder. A fourth method of the invention is to mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, and add 0.0001 to 0.1 mole of the alkaline earth metal compound as an alkaline earth metal per mole of boron in the mixture, and the oxygen-containing boron compound. 2.5-30% by weight of anhydrous borax based on the compound
After adding borax and heating the above mixture at low temperature in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure to obtain crude hexagonal boron nitride powder, the crude hexagonal boron nitride powder is washed and dried. It is characterized by The fifth invention method is to mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, add 2.5 to 30% by weight of borax as anhydrous borax to the oxygen-containing boron compound, and mix the above mixture under normal pressure or After obtaining a crude hexagonal boron nitride powder by heating at low temperature in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure, the crude hexagonal boron nitride powder is washed and dried, and an alkaline earth is added to each mole of boron in the dry powder. It is characterized by mixing 0.0001 to 0.1 mol of an alkaline earth metal compound as the metal. [Function] Hereinafter, the method for producing h-BN powder which is most suitable as a raw material for a sintered body will be specifically explained in detail along with its function. There are various oxygen-containing boron compounds that are boron sources, but if you take into account the possibility of contamination with impurities, it is appropriate to use boric acid, boric acid dehydrate, ammonium borate, etc. Urea is a nitrogen compound that is a nitrogen source. , melamine, dicyandiamide, cyanuric acid, ammonium chloride, and the like, which can be decomposed and removed at high temperatures are preferred. The mixing ratio of these raw materials must be such that the molar ratio of boron to nitrogen (N/B) is 1 or more. For the purpose of further nitriding the mixture, for example, boric acid and melamine were mixed so that (N/B) = 2 and heated in an ammonia atmosphere.
Boron nitride content is 85% by weight at ℃, 92% at 1500℃
It was in weight%. Moreover, the size of the crystallite at this time was 45 nm in Lc. The purity of the h-BN powder used here is determined by analyzing the N in the synthesized boron nitride using an alkali melting method using a theoretical value of 56.5% of the N content in boron nitride, and converting the analytical value of N (%) to the theoretical value. The value divided by is multiplied by 100 and expressed as a percentage. The crystal structure of boron nitride differs depending on the synthesis conditions. For example, when boron nitride is synthesized in a nitrogen atmosphere using boric acid and urea as raw materials,
Boron nitride is formed at 600°C, but in this case, it has not completely formed into a hexagonal crystal structure, but instead has a structure in which adjacent layers are randomly positioned relative to each other, which is called a turbostratic structure in crystallography. There is. Ordinary crystalline boron nitride has a hexagonal layered structure similar to graphite, and each layer is completely parallel, which is different from boron nitride, which has a turbostratic structure. As the temperature is further raised, the turbostratic structure gradually changes to a hexagonal structure, and at the same time, grain growth and impurities such as boron oxide, ammonium borate, oxygen and carbon in the crystals are removed, and the purity improves. To go.
When the temperature exceeds 1600℃, the primary particle size also increases to 1μm or more, and if heating continues, the purity (N
(value calculated from the analytical value) is 99% or more by weight boron nitride. A method to quantify these crystal structures is to measure the size of crystallites (Japan Society for the Promotion of Science 117
Commission Act). The size of crystallites is expressed by the average thickness in the c-axis direction (Lc) and the average diameter in the a-axis direction (La), and since the (002) peak is the strongest, Lc
It is also more accurate to display it as . When the above-mentioned crystal structure was evaluated by Lc, it was a turbostratic structure at approximately 10 nm or less, a quasi-graphitic structure at approximately 10 to 40 nm, and a completely hexagonal structure at approximately 40 nm or more. Therefore, the quasi-graphitic structure referred to in the present invention is
In terms of Lc, it is approximately 10 to 40 nm of boron nitride. However, this boundary is not clear, and as a powder raw material for a sintered body, the characteristics are most expressed when Lc is 8 to 50 nm. Therefore, the Lc of the raw material powder is 8~
50nm is preferable. As a result of investigating a method for producing high-purity h-BN in which no crystals with Lc size of 20 nm or less are grown at the lowest possible temperature, it was found that the low purity of h-BN is due to B 2 O that is not completely nitrided. 3 exists, and crystallites grow because the melting point of B 2 O 3 is as low as 450°C, forming a liquid phase, and crystal growth of h-BN via the liquid phase occurs significantly from 1600°C. It became clear that this was because of this. In order to highly purify boron nitride in this way, it is necessary to raise the temperature to 1600° C. or higher in order to evaporate and remove B 2 O 3 , and in this case, crystal growth inevitably occurs. From these results, in order to produce h-BN with the desired high purity and no crystal growth, it is necessary to evaporate impurities (B 2 O 3 , etc.) and to adjust the temperature at which crystallite growth becomes significant. It is necessary to remove liquid phase components (B 2 O 3 , etc.) before reaching . We investigated a processing method that satisfies these conditions. As a result, we found that addition of borax or carbonaceous powder was effective for removing B 2 O 3 and the like. First, to explain the effects of borax, borax is anhydrous borax or borax. By adding anhydrous borax or borax, sodium metaborate having a low boiling point of B 2 O 3 is produced, which is evaporated and removed at a temperature of 1500° C. or lower, thereby highly purifying h-BN. Unlike sodium oxide, the evaporated sodium metaborate was not deliquescent, so it was trapped and removed in the cooling section, and there was almost no damage to the reaction vessel. The recovered sodium metaborate can be used again as a boron source. Anhydrous borax has a higher melting point (740°C) than boric acid or boron oxide, so it plays the role of a carrier that increases the contact area between the boron raw material and nitriding gas in the nitriding reaction, widening the reaction interface and promoting nitriding. The appropriate amount of borax to be added is 2.5 to 30% by weight of anhydrous borax based on the oxygen-containing boron compound as the raw material. If it exceeds 30% by weight, sodium oxide will also be produced in addition to sodium metaborate, which is not preferable. Furthermore, if it is less than 2.5% by weight, it does not play the role of a filler, so the nitriding rate decreases at temperatures below 1300°C. It is also possible to achieve high purity by adding an alkali metal compound such as sodium carbonate by reacting with B 2 O 3 to form sodium metaborate, but the amount added must be increased to prevent the formation of sodium oxide. Since h-BN cannot function as a carrier in small amounts, the purity of h-BN will not improve even if it is treated at temperatures below 1300°C. Carbonaceous powder will be explained as another additive that promotes the evaporation of B 2 O 3 . In other words, this is a method of removing B 2 O 2 as B 2 O 2 by reducing B 2 O 3 with carbonaceous powder. As the carbonaceous powder, any powder ranging from amorphous carbon powder to highly graphitized powder can be used, but amorphous carbonaceous powder is more preferable. The amount added at this time is such that carbon will remain if added in excess, so B 2 O 3 in the sample
must be added in an equimolar amount. Therefore, the amount added varies depending on the residual B 2 O 3 . If the purity of h-BN is set to the lower limit of 70% by weight produced by the conventional technique, the amount of carbonaceous powder added will be 0.1 mol or less of carbon relative to the boron in the boron compound. Further, if the amount added is less than 0.005 mol, the reducing effect will not appear. Therefore, 0.005 carbon per mole of boron
Additions of ~0.1 mol are suitable. Although carbonaceous powder and borax are similarly effective in promoting nitriding reactions and removing impurities, there is a big difference between the two in terms of grain growth. When borax is used as an additive, it forms a liquid phase at low temperatures, and the h-
As BN growth occurs, the crystallites become larger. Therefore, when using borax, it is necessary to heat it as low as possible to suppress crystal growth. In the present invention, low-temperature heating refers to heating at a temperature at which borax or by-produced sodium metaborate and sodium oxide do not significantly evaporate, and at which boron nitride is highly purified without causing coarse growth. Its temperature is 900-1300℃. Incidentally, the evaporation temperatures of borax, sodium metaborate, and sodium oxide are 1575°C, 1430°C, and 1275°C, respectively. In addition, it is necessary to improve the purity of borax by passing through a washing and drying process. On the other hand, the addition of carbonaceous powder does not form a liquid phase, but on the contrary, it exists as fine particles dispersed in the liquid phase, which lowers the viscosity, lowers the activity of the liquid phase, and suppresses grain growth. It works differently. Therefore, in order to produce h-BN with lower crystallinity, it is preferable to add carbonaceous powder. Furthermore, since the carbonaceous powder is solid and exists between particles, it is preferable that the carbonaceous powder be as fine as possible from the viewpoint of dispersion. From this point of view, if carbonaceous powder and liquid phase forming substances such as borax are used together, borax has a great effect in promoting the low-temperature nitriding reaction, and in addition, carbonaceous powder and h - Interacts to improve contact with BN. In this way, high-purity, low-crystalline h-
Production of BN can be more easily achieved by using carbonaceous powder alone or in combination with carbonaceous powder and borax. Regarding the timing of addition of these additives for grain growth suppression and high purity, since the purpose of carbonaceous powder is to reduce and remove some of the impurity B 2 O 3 in the form of B 2 O 2 , this reaction It is sufficient if the temperature is lower than 1300℃, which is effective. In other words, when synthesizing h-BN powder using boric acid, its dehydrate, or ammonium borate as a raw material, if the temperature is below 1300℃, it is possible to sinter it to a certain temperature, take it out, and then add carbonaceous powder. be. Of course, the operation is simplest if it is added as a raw material powder. The effect of adding borax at the raw material stage is significant since it partially contributes to the nitriding reaction. If the goal is to simply produce h-BN with high purity or low crystallinity using carbonaceous powder, addition can be done at any time as long as the temperature is 1300°C or lower. Next, addition of an alkaline earth metal compound will be explained. As mentioned above, adding borax or carbonaceous powder is an effective method for removing B 2 O 3 , which is an impurity in h-BN, but it is not completely removed in this case either. , a trace amount of B 2 O 3 remains. This residual B 2 O 3 reacts with moisture in the atmosphere and causes volume expansion. Furthermore, since the melting point of B 2 O 3 is as low as 450°C, the higher the content of B 2 O 3 when producing a sintered body from h-BN powder, the lower the strength at high temperatures, for example 1000°C. . Therefore, as a result of investigating a method for stabilizing the remaining B 2 O 3 in the sintered body and increasing its melting point, it was found that addition of an alkaline earth metal compound is effective. Carbonate compounds of alkaline earth metals are particularly suitable.
For example, by adding calcium carbonate (CaCO 3 ) and heat-treating it, it can be combined with calcium oxide (CaO).
The following compounds that react with B 2 O 3 and have high melting points are CaO・B 2 O 3 (melting point 1125℃), 2CaO・B 2 O 3 (melting point 1280℃), 3CaO・B 2 O 3 (melting point 1454℃), etc. It is converted into a compound that is stable even at high temperatures. The amount of the alkaline earth metal compound added is an amount commensurate with the residual amount of B 2 O 3 in the boron nitride produced, but the purity of boron nitride is 95% by weight or more as high purity boron nitride powder, and in this case, impurities Since it is less than 5% by weight, the amount added is as an alkaline earth metal relative to the boron of the oxygen-containing boron compound in the raw material.
It may be 0.1 mole or less. In addition, in the method of obtaining high-purity h-BN without high-temperature heating, which is one of the objects of the present invention, the upper limit of the purity of the boron nitride produced is about 99.95% by weight.
In this case, the amount of the alkaline earth metal compound added to the impurities may be 0.0001 mol or more. By the method described above, h-BN with high purity and excellent high-temperature sintering properties can be produced without developing crystals. Regarding the timing of addition of alkaline earth metals, it is easy to add them in the form of fine carbonates, oxides, hydroxides, etc. during the mixing of raw materials in terms of the manufacturing process. It is also possible to add an alkaline earth metal compound to low-crystalline, high-purity h-BN powder. In this case, the alkaline earth metal compound as an additive must be uniformly mixed with h-BN of fine particle size, and the soluble alkaline earth metal compound (nitrate, etc.) must be dissolved in a solvent and mixed uniformly with h-BN. Then it is effective. Next, as conditions for producing h-BN according to the present invention, first, the atmosphere must be a non-oxidizing atmosphere such as inert gas or ammonia gas in order to prevent oxidation of h-BN. The heat treatment temperature should be above 1300°C, where impurity evaporation becomes active, but below 1600 °C, where crystal growth does not become noticeable. To prevent, 1500 ~
Preference is given to processing at a temperature of 1600°C. Furthermore, if the atmosphere is reduced under reduced pressure during heating, sodium metaborate, an impurity generated when adding borax,
Impurities generated by B 2 O 3 or carbonaceous addition
It can facilitate the evaporative removal of B 2 O 2 and B 2 O 3 . Therefore, if the pressure is reduced at a temperature of 1300°C or higher, where impurity evaporation becomes active, purification can be achieved even more effectively, and the purification processing time can be shortened, reducing energy consumption. Very advantageous. In addition, the final product is produced by crushing and sintering the bulk composite, but usually after crushing, granulation is performed for the purpose of improving filling properties. In this case, the powder is used in a slurry state using a spray drying method. At this time, it is effective to dehydrate and wash the slurry once or several times because the product is uniform and residual impurities such as sodium components or boron oxide can be removed. Of course, since h-BN is hydrophobic, the use of water as a solvent requires a surfactant. Alternatively, using an organic solvent such as an alcohol as a dispersant is highly effective. [Examples] Examples 1 to 8 Examples 1 to 8 and comparative examples produced by the method of the present invention are shown in Table 1. The manufacturing process will be explained using Example 3 as an example. To 1.8 kg of boric acid and 2 kg of melamine, 150 g of anhydrous borax of 200 mesh or less, 20 g of carbon black, and 10 g of calcium carbonate of 200 mesh or less were added and mixed in a V-blender.
This was placed in a graphite crucible with a height of 300 mmH, and after the top was covered, it was heated in a high frequency furnace at 1550 °C in an N2 atmosphere.
Heat treated for hours. The resulting treated product was pulverized and classified using a jet mill to obtain a fine powder with no crystal growth, boron nitride purity: 97.2% by weight, CaO content: 0.7% by weight, crystallite Lc: 10.2nm. When this product was hot-pressed at 1900°C for 2 hours at a pressure of 200Kg/cm 2 to produce a molded product, it had a density of 2.12g/cm 3 and a bending strength at 1000°C of 8.9Kg/mm 2 , which is superior to conventional products. A sintered body was obtained. Examples 1 and 6 are examples in which carbonaceous powder is added, Examples 2 and 7 are examples in which anhydrous borax is added, Example 3,
4, 5, and 8 are examples in which both were added. In addition, Examples 6 to 8 used the same raw materials and additives as Examples 1 to 3, heated to 900 °C in a N 2 atmosphere in a high frequency furnace, then reduced the pressure to 10 -1 Torr, and heated to 1550 °C. Heat treatment was performed at ℃ for 1 hour. The obtained h-BN powder was a highly pure product with no developed crystals, and all the sintered bodies obtained by hot pressing had excellent strength at high temperatures. A comparative example is an example in which carbon black is equivalent to 1.03 moles of carbon relative to boron in the raw material, and anhydrous borax is equivalent to 50% by weight of boric acid, but the purity is
It is present in large amounts as impurities, as low as 68% by weight, CaO: 6.4% by weight, Carbon (C): 8.6% by weight, and Na 2 O: 5.9% by weight.It is not the original white powder of boron nitride, but has a black color, and it is hot pressed. The properties of the sintered body also deteriorated. [Reference example] CaCO 3 is added to commercially available boron nitride powder with a purity of 97% by weight.
When 1.5% by weight of powder was added and mixed in a ball mill, the fine powder was sintered under the same hot press treatment conditions as in the previous example to produce a sintered body. Density: 1.94 g/cm 3 Bending strength at 1000°C: 3.1 It was Kg/ mm2 .

〔実施例〕〔Example〕

実施例 9〜10 実施例9〜10を第2表に示す。実施例9は、硼
酸1.8Kgとメラミン2Kgに、カーボンブラツク20
gを添加し、Vブレンダーで混合した後、内径
200mmφで高さ300mmHの黒鉛るつぼにこれを入
れ、上蓋をした後、高周波炉によりN2雰囲気中
1550℃で1時間加熱処理した。生成した塊状物を
解砕した後、Ca(NO32を窒化硼素100gに対し
1.2g添加してボールミルで30時間粉砕混合して
微粉末を得た。 この処理物の特性は次に示す。 窒化硼素の純度:97.7重量% 結晶子の大きさ(Lc):15.8nm CaO:0.4重量% このh−BN粉末を圧力200Kg/cm2,1900℃で
2時間ホツトプレス処理したところ、 密度:2.01g/cm3 1000℃における曲げ強度: 4.8Kg/mm2 の成形体を得た。 次に実施例10では硼酸1.8Kgとジシアンジアミ
ド2Kgにカーボンブラツク25gと無水硼砂200g
とを添加し、以後実施例9と同様に処理し微粉末
を得た。 得られたh−BN粉末の特性は、 窒化硼素の純度:98.2重量% 結晶子(Lc):22.4nm CaO:0.4重量% このh−BN微粉末を圧力200Kg/cm2、1900℃
で2時間のホツトプレス処理により成形体を製造
したところ、 密度:1.97g/cm3 1000℃における曲げ強度: 6.1Kg/mm2 の成形体を得た。
Examples 9-10 Examples 9-10 are shown in Table 2. In Example 9, 20 kg of carbon black was added to 1.8 kg of boric acid and 2 kg of melamine.
After adding g and mixing with a V blender, the inner diameter
This was placed in a graphite crucible with a diameter of 200 mm and a height of 300 mmH, and after the top was covered, it was placed in a N 2 atmosphere using a high frequency furnace.
Heat treatment was performed at 1550°C for 1 hour. After crushing the generated lumps, add Ca(NO 3 ) 2 to 100 g of boron nitride.
1.2g was added and pulverized and mixed in a ball mill for 30 hours to obtain a fine powder. The properties of this treated product are shown below. Purity of boron nitride: 97.7% by weight Crystallite size (Lc): 15.8nm CaO: 0.4% by weight When this h-BN powder was hot pressed at a pressure of 200Kg/cm 2 and 1900℃ for 2 hours, the density: 2.01g A molded product with a bending strength of 4.8 Kg/ mm 2 at 1000°C was obtained. Next, in Example 10, 1.8 kg of boric acid, 2 kg of dicyandiamide, 25 g of carbon black, and 200 g of anhydrous borax were added.
and then treated in the same manner as in Example 9 to obtain a fine powder. The properties of the obtained h-BN powder are: Boron nitride purity: 98.2% by weight Crystallite (Lc): 22.4nm CaO: 0.4% by weight This h-BN fine powder was heated at a pressure of 200Kg/cm 2 and 1900°C.
A molded body was produced by hot pressing for 2 hours, and a molded body having a density of 1.97 g/cm 3 and a bending strength at 1000°C of 6.1 Kg/mm 2 was obtained.

【表】【table】

【表】 実施例 11〜12 実施例11〜12を第3表に示した。実施例11で
は、硼酸1.8Kgとメラミン2Kgに、CaCO310gお
よび無水硼砂150gを添加し、Vブレンダーで混
合した後、内径200mmφの高さ30mmHの黒鉛るつ
ぼにこれを入れ、上蓋をした後、高周波炉により
N2雰囲気中1100℃で2時間加熱処理した。生成
した処理物は、 窒化硼素の純度:94.3重量% 結晶子の大きさ(Lc):14.2nm CaO:0.7重量% Na2O:1.2重量% の塊状生成物が得られた。この生成物を解砕し、
アニオン系のHLB値14の界面活性剤、例えばポ
リオキシエチレンアルキルエーテル系のアニオン
界面活性剤2%含有する水溶液中に分散し撹拌洗
浄した後、吸引濾過方法により脱水し乾燥したと
ころ、 窒化硼素の純度:97.7重量% CaO:0.9重量% Na2O:0.007重量% に高純化していた。 このh−BN微粉末を圧力200Kg/cm2、1900℃
で2時間のホツトプレス処理したところ、 密度:1.96g/cm3 1000℃における曲げ強度: 5.3Kg/mm2 の成形体を得た。 次に実施例12は、硼酸1.8Kgとメラミン2Kgに
無水硼砂200gを添加し、Vブレンダーで混合し
た後、内径200mmφで高さ300mmHの黒鉛るつぼに
これを入れ、上蓋をした後、高周波炉によりN2
雰囲気中1200℃で2時間加熱処理した。 生成した処理物は、 窒化硼素の純度:95.2重量% 結晶子の大きさ(Lc):22.5nm Na2O:1.6重量% の塊状生成物が得られた。この生成物を解砕し、
アニオン系のHLB値14の界面活性剤2%含有す
る水溶液中に分離し撹拌洗浄した後、吸引濾過方
法により脱水し乾燥した後、このh−BN粉末に
Ca(NO32をBN100gに対し1.2g添加してボー
ルミルで30時間粉砕混合して微粉末を得た。 この微粉末の特性は、 窒化硼素の純度:98.2重量% 結晶子の大きさ(Lc):22.5nm CaO:0.4重量% Na2O:0.01重量% に高純化していた。 このh−BN微粉末を圧力200Kg/cm2、1900℃
で2時間のホツトプレス処理したところ、 密度:1.98g/cm3 1000℃における曲げ強度: 4.5Kg/mm2 の成形体を得た。
[Table] Examples 11-12 Examples 11-12 are shown in Table 3. In Example 11, 10 g of CaCO 3 and 150 g of anhydrous borax were added to 1.8 kg of boric acid and 2 kg of melamine, mixed in a V-blender, and then placed in a graphite crucible with an inner diameter of 200 mmφ and a height of 30 mmH, and the top was covered. By high frequency furnace
Heat treatment was performed at 1100° C. for 2 hours in an N 2 atmosphere. The resulting treated product was a lumpy product with boron nitride purity: 94.3% by weight, crystallite size (Lc): 14.2nm, CaO: 0.7% by weight, and Na 2 O: 1.2% by weight. This product is crushed,
After dispersing in an aqueous solution containing 2% of an anionic surfactant with an HLB value of 14, such as a polyoxyethylene alkyl ether-based anionic surfactant, stirring and washing, dehydrating and drying using a suction filtration method, boron nitride. Purity: 97.7% by weight CaO: 0.9% by weight Na 2 O: 0.007% by weight. This h-BN fine powder was heated at a pressure of 200Kg/cm 2 and a temperature of 1900°C.
After hot pressing for 2 hours, a molded product with density: 1.96 g/cm 3 and bending strength at 1000°C: 5.3 Kg/mm 2 was obtained. Next, in Example 12, 200g of anhydrous borax was added to 1.8Kg of boric acid and 2Kg of melamine, mixed in a V blender, placed in a graphite crucible with an inner diameter of 200mmφ and a height of 300mmH, covered with a top lid, and heated in a high frequency furnace. N2
Heat treatment was performed at 1200°C in an atmosphere for 2 hours. The resulting treated product was a lumpy product with boron nitride purity: 95.2% by weight, crystallite size (Lc): 22.5nm, and Na 2 O: 1.6% by weight. This product is crushed,
After separating into an aqueous solution containing 2% of anionic HLB value 14 surfactant and washing with stirring, dehydrating and drying by suction filtration method, this h-BN powder is
1.2 g of Ca(NO 3 ) 2 was added to 100 g of BN and pulverized and mixed in a ball mill for 30 hours to obtain a fine powder. The characteristics of this fine powder were as follows: Boron nitride purity: 98.2% by weight Crystallite size (Lc): 22.5nm CaO: 0.4% by weight Na 2 O: 0.01% by weight. This h-BN fine powder was heated at a pressure of 200Kg/cm 2 and a temperature of 1900°C.
As a result of hot pressing for 2 hours, a molded article having a density of 1.98 g/cm 3 and a bending strength at 1000°C of 4.5 Kg/mm 2 was obtained.

【表】【table】

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の六方晶窒化硼素粉末は高純度で結晶粒
が小さく、焼結体を製造したときに焼結体特性が
優れ、高温における焼結体強度が大きい焼結体と
なる。このような六方晶窒化硼素粉末は、本発明
方法により簡単な製造工程により安価容易に製造
することができる。
The hexagonal boron nitride powder of the present invention has high purity and small crystal grains, and when produced into a sintered body, it has excellent sintered properties and high strength at high temperatures. Such hexagonal boron nitride powder can be easily manufactured at low cost through a simple manufacturing process according to the method of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アルカリ土類金属を硼素1モルに対し0.0001
〜0.1モル含有し、結晶子の大きさが8〜50nmで
あり、窒化硼素の純度が95重量%以上である焼結
特性の優れた六方晶窒化硼素粉末。 2 酸素含有硼素化合物と窒素化合物とを混合
し、該混合物中の硼素1モルに対してアルカリ土
類金属として0.0001〜0.1モルのアルカリ土類金
属化合物を添加し、さらに該混合物中の硼素1モ
ルに対して炭素として0.005〜0.1モルの炭素質粉
末および/または原料の酸素含有硼素化合物に対
して無水硼砂として2.5〜30重量%の硼砂類を添
加し、以上の混合物を常圧下または減圧下の非酸
化性雰囲気中で加熱することを特徴とする焼結特
性の優れた六方晶窒化硼素粉末の製造方法。 3 酸素含有硼素化合物と窒素化合物とを混合
し、該混合物中の硼素1モルに対して炭素として
0.005〜0.1モルの炭素質粉末を添加し、以上の混
合物を常圧下または減圧下の非酸化性雰囲気中で
加熱して六方晶窒化硼素粉末を得、該六方晶窒化
硼素粉末に該粉末中の硼素1モルに対してアルカ
リ土類金属として0.0001〜0.1モルのアルカリ土
類金属化合物を混合することを特徴とする焼結特
性の優れた六方晶窒化硼素粉末の製造方法。 4 酸素含有硼素化合物と窒素化合物とを混合
し、該混合物中の硼素1モルに対して炭素として
0.005〜0.1モルの炭素質粉末、および原料の酸素
含有硼素化合物に対して無水硼砂として2.5〜30
重量%の硼砂類を添加し、以上の混合物を常圧下
または減圧下の非酸化性雰囲気中で加熱して六方
晶窒化硼素粉末を得、該六方晶窒化硼素粉末に該
粉末中の硼素1モルに対してアルカリ土類金属と
して0.0001〜0.1モルのアルカリ土類金属化合物
を混合することを特徴とする焼結特性の優れた六
方晶窒化硼素粉末の製造方法。 5 酸素含有硼素化合物と窒素化合物とを混合
し、該混合物中の硼素1モルに対してアルカリ土
類金属として0.0001〜0.1モルのアルカリ土類金
属化合物、および前記酸素含有硼素化合物に対し
て無水硼砂として2.5〜30重量%の硼砂類を添加
し、以上の混合物を常圧下または減圧下の非酸化
性雰囲気中にて低温加熱して粗製六方晶窒化硼素
粉末を得た後、該粗製六方晶窒化硼素粉末を洗
浄・乾燥することを特徴とする焼結特性の優れた
六方晶窒化硼素粉末の製造方法。 6 酸素含有硼素化合物と窒素化合物とを混合
し、該酸素含有硼素化合物に対して無水硼砂とし
て2.5〜30重量%の硼砂類を添加し、以上の混合
物を常圧下または減圧下の非酸化性雰囲気中で低
温加熱して粗製六方晶窒化硼素粉末を得た後、該
粗製六方晶窒化硼素粉末を洗浄乾燥し、該乾燥粉
末中の硼素1モルに対してアルカリ土類金属とし
て0.0001〜0.1モルのアルカリ土類金属化合物を
混合することを特徴とする焼結特性の優れた六方
晶窒化硼素粉末の製造方法。
[Claims] 1. 0.0001 alkaline earth metal per mole of boron.
A hexagonal boron nitride powder containing ~0.1 mol, having a crystallite size of 8 to 50 nm, and having a boron nitride purity of 95% by weight or more, and having excellent sintering properties. 2. Mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, add 0.0001 to 0.1 mole of an alkaline earth metal compound as an alkaline earth metal per mole of boron in the mixture, and further add 1 mole of boron in the mixture. 0.005-0.1 mol of carbonaceous powder as carbon and/or 2.5-30% by weight of anhydrous borax as anhydrous borax is added to the oxygen-containing boron compound as a raw material, and the above mixture is heated under normal pressure or reduced pressure. A method for producing hexagonal boron nitride powder with excellent sintering properties, which comprises heating in a non-oxidizing atmosphere. 3. Mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, and add carbon to 1 mole of boron in the mixture.
0.005 to 0.1 mol of carbonaceous powder is added, and the above mixture is heated in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure to obtain hexagonal boron nitride powder, and the hexagonal boron nitride powder contains A method for producing hexagonal boron nitride powder with excellent sintering properties, which comprises mixing 0.0001 to 0.1 mol of an alkaline earth metal compound as an alkaline earth metal per 1 mol of boron. 4 Mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, and add carbon to 1 mole of boron in the mixture.
0.005 to 0.1 mol of carbonaceous powder, and 2.5 to 30 as anhydrous borax to the raw oxygen-containing boron compound
% by weight of borax is added, and the above mixture is heated in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure to obtain hexagonal boron nitride powder, and 1 mol of boron in the powder is added to the hexagonal boron nitride powder. 1. A method for producing hexagonal boron nitride powder with excellent sintering properties, which comprises mixing 0.0001 to 0.1 mol of an alkaline earth metal compound as an alkaline earth metal. 5. Mixing an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, adding 0.0001 to 0.1 mole of an alkaline earth metal compound as an alkaline earth metal to 1 mole of boron in the mixture, and anhydrous borax to the oxygen-containing boron compound. After adding 2.5 to 30% by weight of borax as a crude hexagonal boron nitride powder, the above mixture is heated at low temperature in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure to obtain crude hexagonal boron nitride powder. A method for producing hexagonal boron nitride powder with excellent sintering properties, which comprises washing and drying boron powder. 6. Mix an oxygen-containing boron compound and a nitrogen compound, add 2.5 to 30% by weight of borax as anhydrous borax to the oxygen-containing boron compound, and place the above mixture in a non-oxidizing atmosphere under normal pressure or reduced pressure. After heating at low temperature to obtain crude hexagonal boron nitride powder, the crude hexagonal boron nitride powder is washed and dried, and 0.0001 to 0.1 mole of alkaline earth metal is added to 1 mole of boron in the dry powder. A method for producing hexagonal boron nitride powder with excellent sintering properties, which comprises mixing an alkaline earth metal compound.
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